一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法及系统与流程

1.本发明涉及拣选车技术领域，尤其是涉及一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法及系统。


背景技术：

2.在仓库管理的搬运和分拣等工作中，拣选车扮演着十分重要的角色，但目前大多仓库管理使用拣选车完成货物从起始点搬运至目标点都依赖于操作员，需操作员不断频繁上下车，将拣选车开至不同目标点进行货物装卸，这不仅消耗操作员精神力，更是不利于提高仓储作业效率。为了解决这一问题，能够进行自动跟随的拣选车应运而生，现有的自动跟随拣选车采用无线测距传感器检测拣选车与跟随对象之间的距离或采用uwb技术进行跟随对象的定位，然后进行相应的跟随操作，但是在仓库的环境中存在大量货架和其他物品进行遮挡和阻碍，会导致无线定位信息的漂移或障碍，无法保证拣选车进行自动跟随时对跟随对象定位的准确性。
3.在中国专利文献上公开的“一种基于uwb技术实现车辆自动跟随的方法及系统”，其公开号为cn114889594a，公开日期为2022-08-12，包括：用户开启车辆的自动跟随功能，车辆根据高精度地图检测车辆所在道路情况判定所在道路为非高速路段，则车辆基于多传感器实时检测车辆周围环境判定没有障碍物阻碍车辆通行，则基于uwb技术实时检测车辆和用户之间的距离，判定所述距离在设定跟随距离范围内，则规划车辆跟随用户的行驶路径，然后车辆沿行驶路径跟随并靠近用户直至车辆和用户之间的距离小于最小跟随距离，车辆停止行驶；待车辆和用户之间的距离重新在设定跟随距离范围内时，重复上述步骤，然后按此循环直至用户关闭自动跟随功能为止。该技术采用uwb技术进行车辆和跟随对象之间的定位，在应用于仓库环境中时，同样存在因为大量货架和物品的遮挡导致无线定位信息的漂移或障碍的问题，无法保证仓库内拣选车进行自动跟随时对跟随对象定位的准确性。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服现有技术中在仓库内存在大量货架和物品遮挡的环境下，采用无线定位会存在无线定位信息漂移从而无法对跟随对象进行准确定位的问题，提供了一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法及系统，采用uwb定位技术和激光雷达定位技术相联合的方式，以uwb定位技术对跟随对象进行初始定位，并通过激光雷达定位技术进行辅助定位来判断uwb定位技术的有效性，从而完成对跟随对象的精确定位。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，包括：
7.启动拣选车的跟随功能并设置跟随区域；
8.通过uwb定位模块和激光雷达模块对跟随对象进行联合定位，当跟随对象位于跟随区域内时执行自动跟随操作；当跟随对象离开跟随区域时停止跟随；
9.采用激光雷达模块和超声波模块进行前进方向的障碍物检测，并根据预设的控制指令执行相应的避障措施。
10.本发明中结合uwb定位技术和激光雷达定位技术共同确定跟随对象的位置，克服了单纯使用uwb定位技术时因为仓库环境中大量货架和物品遮挡导致的定位信息漂移不准确的问题，利用激光雷达高精度特性使定位更加精确；此外，使用激光雷达搭配超声波雷达检测拣选车前进方向上的障碍物，灵敏度强，远距离检测能力强，能够覆盖较大的障碍物检测范围，可以提高跟随系统的稳定性和精度，实现更有效的避障和跟随。
11.作为优选，所述设置跟随区域的过程包括：
12.选取拣选车上的若干固定点作为跟随点，并对每一个跟随点设置其对应的跟随距离阈值；设置拣选车两侧一定宽度的范围为初始区域，在初始区域中到跟随点的距离大于或等于其对应的跟随距离阈值的部分即为该跟随点的跟随区域；
13.通过对跟随点的切换进行跟随区域的切换。
14.本发明中对于跟随区域的设置，只要当跟随对象处于跟随区域内时，拣选车才能进行跟随操作，如果跟随对象处于跟随区域以外时，拣选车不进行跟随；同时可以提前设置多个跟随区域，根据实际需要选择相应的跟随区域进行拣选车的跟随操作；在启动拣选车的跟随功能时可以通过拣选车车身的按钮或uwb定位模块中的遥控单元进行控制。
15.作为优选，所述uwb定位模块的无线基站与激光雷达模块的激光雷达的连线与拣选车长度方向平行，所述联合定位的过程包括：
16.对跟随对象进行定位，得到跟随对象相对于激光雷达的方位角和跟随距离(θ
l
,l
l
)和相对于无线基站的方位角和跟随距离(θb,lb)；方位角为以拣选车宽度方向为基准的偏移角度；
17.根据方位角和跟随距离在拣选车的宽度方向进行距离投影，当激光雷达和无线基站的距离投影差值在预先设置的误差范围内时，联合定位有效，完成定位。
18.本发明中由于激光雷达和无线基站的连线与拣选车长度方向平行，与拣选车宽度方向垂直，因此可以将激光雷达、无线基站和跟随对象看作三角形的三个顶点，跟随对象相对于激光雷达的方位角是跟随对象与激光雷达的连线与拣选车宽度方向的夹角，同理可以得到跟随对象想对于无线基站的方位角；在理想精确的情况下，跟随距离在拣选车的宽度方向的距离投影长度正好是以激光雷达和无线基站连线为底边的三角形的高，因此以此为标准比较激光雷达和无线基站的距离投影差值，来确定定位是否有效，预设的误差范围由实际需要的定位精度决定；若定位无效则重新进行定位，重复多次定位仍无效后停止跟随。
19.作为优选，激光雷达模块对跟随对象的定位过程包括：
20.获取跟随区域内的所有激光点的距离数据；
21.根据预设的相邻激光点距离差阈值对所有激光点进行聚类，得到若干激光线条；
22.根据跟随对象的几何参数和跟随距离设置筛选条件，得到符合筛选条件的若干激光线条；计算激光线条中激光点的最大跟随距离与最小跟随距离的差值，选择差值在预设的差值阈值范围内的激光线条，以该激光线条中央激光点的跟随距离和方位角作为定位数据。
23.本发明中激光雷达得到的数据都可以在工控机中编程实现，且针对激光雷达数据不只进行聚类，还设定相应的筛选条件删除不是跟随对象的激光线条，留下表示跟随对象
的激光线条，从而确定激光雷达对于跟随对象的位置，之后联合uwb定位和激光雷达定位确定最终跟随对象的位置，精度更高，系统更稳定。
24.作为优选，所述筛选条件为：
25.采用扇形弧长公式l＝δθ
×
r，其中l代表跟随对象宽度参数范围，r代表跟随距离，得到跟随对象宽度参数范围所占的角度范围δθ；
26.以激光线条两端点与激光雷达连线的夹角作为激光线条的角度，选择符合角度范围δθ的激光线条。
27.本发明中可以近似将跟随对象宽度两端看作是以激光雷达为圆心的圆弧的两端，因此可以利用扇形弧长公式来得到跟随对象相对于激光雷达的圆心角，在提前设置跟随对象的宽度参数后可以根据跟随距离直接得到跟随对象对应的角度范围，以此为条件筛选出所有符合要求的激光线条，可以提高定位处理的速度，同时提升跟随对象识别和定位的准确性。
28.作为优选，完成联合定位后，以跟随对象相对于无线基站的方位角和跟随距离(θb,lb)作为定位参数；
29.以跟随点到无线基站的距离、跟随距离和方位角作为三角形的两边和夹角，通过余弦定理得到跟随对象到跟随点的距离，与跟随距离阈值进行比较判断跟随对象是否在跟随区域内。
30.本发明中跟随对象一旦离开跟随区域，跟随功能立即处于休眠状态，拣选车不进行跟随；在设定的时间内跟随对象重回跟随区域时，跟随功能立刻从休眠状态被唤醒，拣选车跟随跟随对象运动而运动；若跟随对象在设定时间内未回到跟随区域，出于安全考虑，跟随功能自动关闭，跟随运行指示灯熄灭，此时跟随对象回到跟随区域后，可根据实际需要重新启动跟随功能或不启动。
31.作为优选，激光雷达模块和超声波模块对拣选车前进方向进行障碍物检测，设置激光雷达模块的障碍物检测区域；
32.当超声波模块检测到障碍物时，执行停车操作，然后跟随跟随对象进行绕行；
33.当检测到障碍物位于激光雷达模块的障碍物检测区域且不再超声波模块的检测范围时，执行限速操作。
34.本发明中激光雷达的扫描检测范围较大，可以根据实际需求取出所需检测角度和检测距离的一个扇形障碍物检测区域，将在此扇形区域内有效的激光点对应的角度和距离认为是障碍物的检测角度和距离，超声波雷达的检测距离较小，因此不做障碍物检测区域限制，在其自身检测范围内能检测到物体均认为是障碍物；一旦拣选车前进方向上检测到障碍物，控制模块首先会点亮障碍物指示灯进行提醒。
35.一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制系统，包括：
36.uwb定位模块，用于对跟随对象进行定位，包括设置在拣选车上的无线基站、匹配单元和有跟随对象携带的遥控单元；
37.激光雷达模块，包括用于对跟随对象以及障碍物进行定位的激光雷达；
38.超声波模块，包括用于对障碍物进行检测定位的超声波雷达；
39.控制模块，用于控制整个自动跟随控制系统的工作。
40.本发明中uwb定位模块和激光雷达模块进行跟随对象的定位，激光雷达模块和超
声波模块进行障碍物的检测，控制模块包括有跟随启动部分的控制、跟随运行和定位的控制、障碍物指示灯的控制以及拣选车的运行控制等，这个自动跟随控制系统可以在原有的拣选车的基础上进行改装加载，是操作人员可以根据自己意愿选择是否开启跟随功能，只要跟随功能开启，操作员只需要走向想要装卸货物的货架，拣选车会自动跟随操作员，若两个目标货架相距较远，操作员可随时关闭跟随功能，驾驶拣选车到下一货架，使得拣选车的控制更加灵活。
41.作为优选，在拣选车的两侧对称设置有联合定位组件，所述联合定位组件包括间隔一定距离设置的激光雷达和无线基站，激光雷达和无线基站的连线与拣选车长度方向平行；
42.在拣选车的车头下方固定有用于检测障碍物的第三激光雷达，在拣选车的车头上方和第三激光雷达的上侧各设置有一个超声波雷达。
43.本发明中对激光雷达模块的各个部件、uwb定位模块的各个部件和超声波模块的部件进行了相应位置的设定，用于进行跟随对象定位的激光雷达和无线基站的位置组合有利于定位数据的分析提高定位精度；而用于障碍物检测的激光雷达和超声波雷达的位置组合可以增大拣选车前进方向上的障碍物检测覆盖范围，保证自动跟随的稳定。
44.本发明具有如下有益效果：采用uwb定位技术和激光雷达定位技术相联合的方式，以uwb定位技术对跟随对象进行初始定位，并通过激光雷达定位技术进行辅助定位来判断uwb定位技术的有效性，从而完成对跟随对象的精确定位；激光雷达定位技术中，对于激光点数据不只进行聚类，同时还设定相应的筛选条件对符合跟随对象的激光线条进行筛选，辅助uwb定位技术，完成精度更高的定位；拣选车只根据跟随对象进行相应的跟随操作，不存在规定的跟随路线，自由度和灵活性更高，更符合仓库内拣选货物的随机性特点。
附图说明
45.图1是本发明自动跟随控制方法的流程图；
46.图2是本发明实施例中跟随区域的示意图；
47.图3是本发明实施例中联合定位的示意图；
48.图4是本发明实施例中障碍物检测范围的示意图。
具体实施方式
49.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
50.如图1所示，一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，包括：
51.启动拣选车的跟随功能并设置跟随区域；设置跟随区域的过程包括：
52.选取拣选车上的若干固定点作为跟随点，并对每一个跟随点设置其对应的跟随距离阈值；设置拣选车两侧一定宽度的范围为初始区域，在初始区域中到跟随点的距离大于或等于其对应的跟随距离阈值的部分即为该跟随点的跟随区域；
53.通过对跟随点的切换进行跟随区域的切换。
54.通过uwb定位模块和激光雷达模块对跟随对象进行联合定位，当跟随对象位于跟随区域内时执行自动跟随操作；当跟随对象离开跟随区域时停止跟随。
55.uwb定位模块的无线基站与激光雷达模块的激光雷达的连线与拣选车长度方向平
行，联合定位的过程包括：
56.对跟随对象进行定位，得到跟随对象相对于激光雷达的方位角和跟随距离(θ
l
,l
l
)和相对于无线基站的方位角和跟随距离(θb,lb)；方位角为以拣选车宽度方向为基准的偏移角度；
57.根据方位角和跟随距离在拣选车的宽度方向进行距离投影，当激光雷达和无线基站的距离投影差值在预先设置的误差范围内时，联合定位有效，完成定位。
58.激光雷达模块对跟随对象的定位过程包括：
59.获取跟随区域内的所有激光点的距离数据；
60.根据预设的相邻激光点距离差阈值对所有激光点进行聚类，得到若干激光线条；
61.根据跟随对象的几何参数和跟随距离设置筛选条件，得到符合筛选条件的若干激光线条；计算激光线条中激光点的最大跟随距离与最小跟随距离的差值，选择差值在预设的差值阈值范围内的激光线条，以该激光线条中央激光点的跟随距离和方位角作为定位数据。
62.筛选条件为：
63.采用扇形弧长公式l＝δθ
×
r，其中l代表跟随对象宽度参数范围，r代表跟随距离，得到跟随对象宽度参数范围所占的角度范围δθ；
64.以激光线条两端点与激光雷达连线的夹角作为激光线条的角度，选择符合角度范围δθ的激光线条。
65.完成联合定位后，以跟随对象相对于无线基站的方位角和跟随距离(θb,lb)作为定位参数；
66.以跟随点到无线基站的距离、跟随距离和方位角作为三角形的两边和夹角，通过余弦定理得到跟随对象到跟随点的距离，与跟随距离阈值进行比较判断跟随对象是否在跟随区域内。
67.采用激光雷达模块和超声波模块进行前进方向的障碍物检测，并根据预设的控制指令执行相应的避障措施。
68.激光雷达模块和超声波模块对拣选车前进方向进行障碍物检测，设置激光雷达模块的障碍物检测区域；
69.当超声波模块检测到障碍物时，执行停车操作，然后跟随跟随对象进行绕行；
70.当检测到障碍物位于激光雷达模块的障碍物检测区域且不再超声波模块的检测范围时，执行限速操作。
71.本发明中结合uwb定位技术和激光雷达定位技术共同确定跟随对象的位置，克服了单纯使用uwb定位技术时因为仓库环境中大量货架和物品遮挡导致的定位信息漂移不准确的问题，利用激光雷达高精度特性使定位更加精确；此外，使用激光雷达搭配超声波雷达检测拣选车前进方向上的障碍物，灵敏度强，远距离检测能力强，能够覆盖较大的障碍物检测范围，可以提高跟随系统的稳定性和精度，实现更有效的避障和跟随。
72.本发明中对于跟随区域的设置，只要当跟随对象处于跟随区域内时，拣选车才能进行跟随操作，如果跟随对象处于跟随区域以外时，拣选车不进行跟随；同时可以提前设置多个跟随区域，根据实际需要选择相应的跟随区域进行拣选车的跟随操作；在启动拣选车的跟随功能时可以通过拣选车车身的按钮或uwb定位模块中的遥控单元进行控制。
73.本发明中由于激光雷达和无线基站的连线与拣选车长度方向平行，与拣选车宽度方向垂直，因此可以将激光雷达、无线基站和跟随对象看作三角形的三个顶点，跟随对象相对于激光雷达的方位角是跟随对象与激光雷达的连线与拣选车宽度方向的夹角，同理可以得到跟随对象想对于无线基站的方位角；在理想精确的情况下，跟随距离在拣选车的宽度方向的距离投影长度正好是以激光雷达和无线基站连线为底边的三角形的高，因此以此为标准比较激光雷达和无线基站的距离投影差值，来确定定位是否有效，预设的误差范围由实际需要的定位精度决定；若定位无效则重新进行定位，重复多次定位仍无效后停止跟随。
74.本发明中激光雷达得到的数据都可以在工控机中编程实现，且针对激光雷达数据不只进行聚类，还设定相应的筛选条件删除不是跟随对象的激光线条，留下表示跟随对象的激光线条，从而确定激光雷达对于跟随对象的位置，之后联合uwb定位和激光雷达定位确定最终跟随对象的位置，精度更高，系统更稳定。
75.本发明中可以近似将跟随对象宽度两端看作是以激光雷达为圆心的圆弧的两端，因此可以利用扇形弧长公式来得到跟随对象相对于激光雷达的圆心角，在提前设置跟随对象的宽度参数后可以根据跟随距离直接得到跟随对象对应的角度范围，以此为条件筛选出所有符合要求的激光线条，可以提高定位处理的速度，同时提升跟随对象识别和定位的准确性。
76.本发明中跟随对象一旦离开跟随区域，跟随功能立即处于休眠状态，拣选车不进行跟随；在设定的时间内跟随对象重回跟随区域时，跟随功能立刻从休眠状态被唤醒，拣选车跟随跟随对象运动而运动；若跟随对象在设定时间内未回到跟随区域，出于安全考虑，跟随功能自动关闭，跟随运行指示灯熄灭，此时跟随对象回到跟随区域后，可根据实际需要重新启动跟随功能或不启动。
77.本发明中激光雷达的扫描检测范围较大，可以根据实际需求取出所需检测角度和检测距离的一个扇形障碍物检测区域，将在此扇形区域内有效的激光点对应的角度和距离认为是障碍物的检测角度和距离，超声波雷达的检测距离较小，因此不做障碍物检测区域限制，在其自身检测范围内能检测到物体均认为是障碍物；一旦拣选车前进方向上检测到障碍物，控制模块首先会点亮障碍物指示灯进行提醒。
78.一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制系统，包括：
79.uwb定位模块，用于对跟随对象进行定位，包括设置在拣选车上的无线基站、匹配单元和有跟随对象携带的遥控单元；
80.激光雷达模块，包括用于对跟随对象以及障碍物进行定位的激光雷达；
81.超声波模块，包括用于对障碍物进行检测定位的超声波雷达；
82.控制模块，用于控制整个自动跟随控制系统的工作。
83.在拣选车的两侧对称设置有联合定位组件，联合定位组件包括间隔一定距离设置的激光雷达和无线基站，激光雷达和无线基站的连线与拣选车长度方向平行；
84.在拣选车的车头下方固定有用于检测障碍物的第三激光雷达，在拣选车的车头上方和第三激光雷达的上侧各设置有一个超声波雷达。
85.本发明中uwb定位模块和激光雷达模块进行跟随对象的定位，激光雷达模块和超声波模块进行障碍物的检测，控制模块包括有跟随启动部分的控制、跟随运行和定位的控制、障碍物指示灯的控制以及拣选车的运行控制等，这个自动跟随控制系统可以在原有的
拣选车的基础上进行改装加载，是操作人员可以根据自己意愿选择是否开启跟随功能，只要跟随功能开启，操作员只需要走向想要装卸货物的货架，拣选车会自动跟随操作员，若两个目标货架相距较远，操作员可随时关闭跟随功能，驾驶拣选车到下一货架，使得拣选车的控制更加灵活。
86.本发明中对激光雷达模块的各个部件、uwb定位模块的各个部件和超声波模块的部件进行了相应位置的设定，用于进行跟随对象定位的激光雷达和无线基站的位置组合有利于定位数据的分析提高定位精度；而用于障碍物检测的激光雷达和超声波雷达的位置组合可以增大拣选车前进方向上的障碍物检测覆盖范围，保证自动跟随的稳定。
87.在本发明的实施例中，按照拣选车的跟随启动、跟随对象定位和障碍物检测三方面依次进行说明，本实施例中跟随对象为操作员，匹配单元为nfc单元；总共有三个激光雷达，两个无线基站和两个超声波雷达。
88.跟随启动部分：
89.拣选车车身上及遥控单元上均设置有跟随功能开关按钮，操作员可根据其实际处境选择其中一种方式开启或关闭车辆的跟随功能。两个开关按钮功能互通，即使用车身开关按钮启动跟随功能后，可以使用车身按钮或遥控单元上的按钮关闭跟随功能，反之亦然。在跟随功能开启后，将操作员身上的遥控单元靠近或放在拣选车上的nfc单元处，以刷卡的方式匹配车辆和uwb定位单元(遥控单元+无线基站)，保证一辆车只跟随一个遥控单元(操作员)。
90.对于拣选车进行跟随的条件设置包括：
91.条件一：操作员必须在如图2所示的跟随区域内，跟随功能才有可能正常运行；否则，即使跟随功能开启，拣选车也只是处于休眠状态。
92.条件二：如图2所示的a托盘位、b托盘位、c托盘位是操作员可选择的拣选车的跟随点，图中阴影部分为初始区域，其宽度可以根据实际情况设置。以选择a托盘位为跟随点进行说明，当操作员在跟随区域内，其距离a托盘位的距离大于等于设置的跟随距离阈值，则拣选车跟随操作员而运动；而当操作员距离a托盘的位置小于设置的跟随距离阈值时，跟随功能也处于休眠状态，这种情况一般出现在操作员驻足某一储物架前，进行装卸分拣货物的过程中。a托盘位和操作员的距离与操作员定位数据有关，图中θb是操作员相对于无线基站的方位角，在已知无线基站到操作员的跟随距离，无线基站到a托盘位的距离以及方位角的情况下，根据余弦定理，可以求得操作员到a托盘位的距离。
93.条件三：操作员一旦离开跟随区域，跟随功能立即处于休眠状态，拣选车不进行跟随；一旦在设定的时间内操作员重回跟随区域，跟随功能立刻从休眠状态被唤醒，拣选车跟随操作员运动而运动；若操作员在设定时间内未回到跟随区域，出于安全考虑，跟随功能自动关闭，跟随运行指示灯熄灭，此时操作员回到跟随区域后，可根据自己意愿重新启动跟随功能。
94.跟随对象定位部分：
95.uwb定位模块进行操作员定位，跟随功能启动后，操作员身上的遥控单元发射信号，拣选车上的无线基站接收遥控单元发射的信号，可以得到操作员(遥控单元)相对无线基站的方位角和距离，即操作员定位信息。
96.激光雷达模块进行操作员定位，uwb采用aoa定位技术，仓库中货架遮挡较多，会导
致无线定位信息出现漂移，为确保位置信号的准确性，采用激光雷达对操作员进行辅助定位。
97.(1)激光数据预处理，首先获取激光雷达所有激光点的距离数据，然后剔除跟随距离、方位角范围以外的激光点，保留跟随区域内的激光点距离数据。
98.(2)聚类激光点，设置一相邻激光点距离差阈值，从最小角度对应的第一个激光点开始比较，将相邻激光点距离差在相邻激光点距离差阈值范围之内的激光点归为一类。由于使用单线激光雷达进行扫描，因此能看到由激光点组成的若干条激光线条。
99.(3)设置操作员人体宽度参数范围，采用扇形弧长公式l＝δθ
×
r，弧长l代表操作员的身宽，r代表跟随距离，至此可得到代表操作员身宽线条所占角度δθ，根据人体宽度参数范围可得当前操作员所占角度δθ的范围，剔除上述聚类不在所得角度范围内的激光线条，留下符合操作员身宽所占角度范围的激光线条。
100.(4)根据操作员激光线条特征筛选剩下的激光线条，确定操作员最终定位方位角和跟随距离，操作员激光线条是接近半圆的弧线，弧线两端点对应的距离数据相差不大，弧线中激光点距离激光雷达的最大距离与最小距离的距离相差较大，根据这一特性，按照操作员的实际尺寸设置距离差阈值判断确定代表操作员的激光线条，最后，将位于该激光线条中央的激光点到激光雷达的距离和方位角作为激光雷达对操作员的定位数据信息。
101.联合定位，uwb对操作员的定位与激光雷达对操作员的定位得到的分别是相对于无线基站和激光雷达的方位角和距离。其联合定位示意图如图3所示，无线基站定位数据表示为(θb,lb)，激光雷达定位数据表示为(θ
l
,l
l
)。由图3可知，车身两侧的无线基站连线与激光雷达连线相互平行，正方向一致。无线基站是对操作员手中或口袋中的遥控单元进行定位，激光雷达是对操作员本身进行定位，由于uwb的无线基站定位无空间上下距离信息，只有平面偏移方位角，激光雷达定位亦是如此，所以近似认为遥控单元、激光雷达、无线基站三点共面，根据各自的方位角对自己的跟随距离数据做投影得和若这两投影差在预先设置的误差范围内，则认为uwb定位有效，则将lb作为操作员的跟随距离，θb作为方向角。
102.uwb定位模块对操作员的定位信息通过串口输入控制模块，激光雷达对操作员的定位信息通过工控机输入控制模块。然后在控制模块中完成联合定位。若定位有效，控制模块发送转速指令给拣选车的电机控制器，控制电机以一定速度转动使拣选车跟随操作员运动而运动；否则，控制模块无指令发出，电机转速为零，拣选车无动作，跟随指示灯闪烁，提示跟随异常。
103.障碍物检测部分：
104.如图4所示用于拣选车前进方向上的障碍物检测，激光雷达安装在拣选车前进方向下侧，由于是单线激光雷达，其障碍物检测区域就是前进方向垂直于激光的一个激光扫描平面，在垂直方向的检测空间受限，因此搭配两个超声波雷达形成障碍物检测系统。超声波雷达有两个，一个安装在拣选车车头上方，一个安装在车头中下方即激光雷达的上侧，检测区域如图4所示，超声波检测区域和激光检测区域一起覆盖了拣选车前进方向上的障碍物检测区。
105.(1)激光障碍物检测使用的激光雷达扫描角度范围是[-180
°
,180
°
]，最大检测距离为50米。根据实际需求，取出所需检测角度和检测距离的扇形障碍物检测区域，将在此扇形区域内有效的激光点对应的角度和距离认为是障碍物的检测角度和距离。
[0106]
(2)超声波障碍检测的测距距离最大为5米，所以不做障碍物检测区域限制，在其自身检测范围内能检测到物体均认为是障碍物。
[0107]
一旦拣选车前进方向上检测到障碍物，控制模块首先会点亮障碍物指示灯；其次，根据障碍物检测距离控制电机转速采取限速或停车措施。若障碍物在超声波检测距离范围内，即超声波模块检测到障碍物时，执行停车操作，然后跟随跟随对象进行绕行；若障碍物检测距离大于超声波检测距离，且小于激光检测距离，则执行限速操作。
[0108]
上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，其特征在于，包括：启动拣选车的跟随功能并设置跟随区域；通过uwb定位模块和激光雷达模块对跟随对象进行联合定位，当跟随对象位于跟随区域内时执行自动跟随操作；当跟随对象离开跟随区域时停止跟随；采用激光雷达模块和超声波模块进行前进方向的障碍物检测，并根据预设的控制指令执行相应的避障措施。2.根据权利要求1所述的一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，其特征在于，所述设置跟随区域的过程包括：选取拣选车上的若干固定点作为跟随点，并对每一个跟随点设置其对应的跟随距离阈值；设置拣选车两侧一定宽度的范围为初始区域，在初始区域中到跟随点的距离大于或等于其对应的跟随距离阈值的部分即为该跟随点的跟随区域；通过对跟随点的切换进行跟随区域的切换。3.根据权利要求1或2所述的一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，其特征在于，所述uwb定位模块的无线基站与激光雷达模块的激光雷达的连线与拣选车长度方向平行，所述联合定位的过程包括：对跟随对象进行定位，得到跟随对象相对于激光雷达的方位角和跟随距离(θ
l
,l
l
)和相对于无线基站的方位角和跟随距离(θ
b
,l
b
)；方位角为以拣选车宽度方向为基准的偏移角度；根据方位角和跟随距离在拣选车的宽度方向进行距离投影，当激光雷达和无线基站的距离投影差值在预先设置的误差范围内时，联合定位有效，完成定位。4.根据权利要求3所述的一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，其特征在于，激光雷达模块对跟随对象的定位过程包括：获取跟随区域内的所有激光点的距离数据；根据预设的相邻激光点距离差阈值对所有激光点进行聚类，得到若干激光线条；根据跟随对象的几何参数和跟随距离设置筛选条件，得到符合筛选条件的若干激光线条；计算激光线条中激光点的最大跟随距离与最小跟随距离的差值，选择差值在预设的差值阈值范围内的激光线条，以该激光线条中央激光点的跟随距离和方位角作为定位数据。5.根据权利要求4所述的一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，其特征在于，所述筛选条件为：采用扇形弧长公式l＝δθ
×
r，其中l代表跟随对象宽度参数范围，r代表跟随距离，得到跟随对象宽度参数范围所占的角度范围δθ；以激光线条两端点与激光雷达连线的夹角作为激光线条的角度，选择符合角度范围δθ的激光线条。6.根据权利要求3所述的一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，其特征在于，完成联合定位后，以跟随对象相对于无线基站的方位角和跟随距离(θ
b
,l
b
)作为定位参数；以跟随点到无线基站的距离、跟随距离和方位角作为三角形的两边和夹角，通过余弦定理得到跟随对象到跟随点的距离，与跟随距离阈值进行比较判断跟随对象是否在跟随区
域内。7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，其特征在于，激光雷达模块和超声波模块对拣选车前进方向进行障碍物检测，设置激光雷达模块的障碍物检测区域；当超声波模块检测到障碍物时，执行停车操作，然后跟随跟随对象进行绕行；当检测到障碍物位于激光雷达模块的障碍物检测区域且不再超声波模块的检测范围时，执行限速操作。8.一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制系统，采用如权利要求1-7任一条所述的拣选车自动跟随控制方法，其特征在于，包括：uwb定位模块，用于对跟随对象进行定位，包括设置在拣选车上的无线基站、匹配单元和有跟随对象携带的遥控单元；激光雷达模块，包括用于对跟随对象以及障碍物进行定位的激光雷达；超声波模块，包括用于对障碍物进行检测定位的超声波雷达；控制模块，用于控制整个自动跟随控制系统的工作。9.根据权利要求8所述的一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制系统，其特征在于，在拣选车的两侧对称设置有联合定位组件，所述联合定位组件包括间隔一定距离设置的激光雷达和无线基站，激光雷达和无线基站的连线与拣选车长度方向平行；在拣选车的车头下方固定有用于检测障碍物的第三激光雷达，在拣选车的车头上方和第三激光雷达的上侧各设置有一个超声波雷达。

技术总结
本发明公开了一种基于联合定位的拣选车自动跟随控制方法，包括：启动拣选车的跟随功能并设置跟随区域；通过UWB定位模块和激光雷达模块对跟随对象进行联合定位，当跟随对象位于跟随区域内时执行自动跟随操作；当跟随对象离开跟随区域时停止跟随；采用激光雷达模块和超声波模块进行前进方向的障碍物检测，并根据预设的控制指令执行相应的避障措施；还公开了一种采用该方法的拣选车自动跟随控制系统。本发明采用UWB定位技术和激光雷达定位技术相联合的方式，以UWB定位技术对跟随对象进行初始定位，并通过激光雷达定位技术进行辅助定位来判断UWB定位技术的有效性，从而完成对跟随对象的精确定位。象的精确定位。象的精确定位。


技术研发人员：王莹 潘鹏飞 匡灏 简傲 章亚明 冯凯
受保护的技术使用者：杭叉集团股份有限公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/7/6