1.應用場景
本方案針對室內外集裝箱上卸貨作業(yè)場景，為無人叉車實現托盤與貨物自動精確對位叉卸貨，同時根據 3D Slam 建圖匹配定位導航實現貨物在各港口高度自動化搬運。港口可為室內或室外堆棧場景。
2.系統(tǒng)設計
4.系統(tǒng)設計工作流程
本方案針對室內外集裝箱上卸貨作業(yè)場景，為無人叉車實現托盤與貨物自動精確對位叉卸貨，同時根據 3D Slam 建圖匹配定位導航實現貨物在各港口高度自動化搬運。港口可為室內或室外堆棧場景。
2.系統(tǒng)設計
無人叉車系統(tǒng)功能主要包括定位導航、安全防護及自動叉卸貨，根據功能系統(tǒng)設計如下：
圖1 系統(tǒng)整體設計圖
（1）鐳神多線激光雷達：提供 3D 實時點云數據，用于系統(tǒng)建圖、匹配定位、路徑規(guī)劃導航。
（2）鐳神 W 系列預警防撞激光雷達：用于實時避障，叉車運行區(qū)域安全防護。
（3）攝像頭：用于輔助定位、識別車道邊界線、貨物棧板。
（4）編碼器：檢測叉卸貨上下行程
（5）IMU：實時檢測叉車姿態(tài)
（6）工控處理器：算法運行處理平臺
（7）STM32 控制板：作為叉車底層線控單元，負責傳感器通訊和電機控制。
3.系統(tǒng)功能
無人叉車系統(tǒng)整體功能主要包括自主導航、自動車卸貨及作業(yè)調度。
3.系統(tǒng)功能
無人叉車系統(tǒng)整體功能主要包括自主導航、自動車卸貨及作業(yè)調度。
圖2 系統(tǒng)功能設計圖
3.1 自主導航功能
叉車實現自主導航功能主要通過激光雷達 3D SLAM 算法實現，主要包括 3D 場景地圖構建、匹配定位、路徑規(guī)劃與實時避障導航。
（1） 3D 場景地圖構建：利用 3D 激光雷達和 SLAM 算法完成工作場景地圖構建。
圖3 3D SLAM建圖
（2）匹配定位：結合 IMU 數據，利用激光雷達實時掃描點云數據與場景地圖進行匹配定位。
圖4 匹配定位原理
圖5 匹配定位場景
（3）路徑規(guī)劃與實時避障：路徑規(guī)劃導航是無人叉車核心功能，利用激光雷達探測的先驗信息，利用全局規(guī)劃給出運動的路線，同時根據避障信息的局部規(guī)劃功能做出具體的行為規(guī)劃和運動規(guī)劃，最后轉換為一系列連續(xù)的導航航跡目標運動。
圖6 路徑規(guī)劃與實時避障
3.2 叉卸貨功能
主要利用傳感器完成叉拖的精準定位運動控制和貨物升降高度自動檢測。
圖7 精準對位叉卸貨
3.3 作業(yè)調度系統(tǒng)
根據廠區(qū)貨物堆放和布局，合理規(guī)劃作業(yè)調度，軟件系統(tǒng)如下：
圖8 作業(yè)調度系統(tǒng)
4.系統(tǒng)設計工作流程
（1）初始化（包括自檢，建圖，貨堆線識別，集裝箱識別）。
（2）等待作業(yè)調度系統(tǒng)命令。
（3）開始遍歷貨物，判斷搬運是否完成，如果完成則回原點充電
（4）自檢電池電量，如果電量不足則回到原點充電，將任務移交。
