一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统及其应用方法与流程

1.本发明涉及一种物流行业的立体仓库智能化管理系统，尤其涉及一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统及其应用方法。


背景技术：

2.目前，物流行业的快速发展需要更加高效和智能的管理和操作方式，例如自动化和智能化立体仓库。立体仓库是现代物流行业中应用广泛的一种设施，它通过多层高架货架来实现空间的最大利用，提高存储、配送效率。在传统的立体仓库中，穿梭车负责货物运输，其准确定位和高速通信与数据传输至关重要，其通常使用rfid、wifi、蓝牙等通信技术进行定位和导航，在仓库内完成货物接收、存储和出库等任务。但是，这些传统通信技术存在着定位误差较大、稳定性不高、易受干扰和信息安全隐患等问题，对仓库的智能化管理产生了一定的限制。
3.无线光通信技术是一种新型的无线通信技术，可通过空间光线来传输数据，具有频谱资源丰富、安全性高、抗干扰能力强等优点，非常适合应用于立体仓库中的穿梭车通信控制和定位导航。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，实现了对立体仓库穿梭车的精确定位和实时导航以及对仓库作业的监控和优化，具有高精度、高稳定性、数据交互速度快等优点，能够提高仓库作业效率和系统可靠性。
5.本发明的另外一个目的是提供一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统的应用方法。
6.实现上述目的一种技术方案是：一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，包括路由控制器、中央服务控制器、wcs(仓储控制系统)平台、安装在穿梭车上的无线光通信模块以及安装在立体仓库货架侧的多个无线光通信模块，其中：
7.穿梭车上的无线光通信模块通过光信号发送和接收数据，穿梭车上的光通信模块和穿梭车之间建立数据交换协议以实现数据格式/类型一致，穿梭车通过其上的光通信模块与中央服务控制器进行数据交换和信息传输；
8.立体仓库货架侧的多个无线光通信模块与立体仓库货架侧的空间网格坐标对应，分布在仓库货架上以及穿梭车运行轨迹上的不同位置，构建基于点位响应式的时域/空间域网格地图，且该多个无线光通信模块由多个路由控制器通过组网桥连汇集至所述中央服务控制器；
9.所述穿梭车行进过程中，穿梭车上的无线光通信模块持续与途经的立体仓库货架侧的无线光通信模块进行通信交互；所述中央服务控制器通过对各无线光通信模块采集到
的信息数据解析处理，实现对穿梭车的精准定位与导航功能；
10.所述中央服务控制器与所述wcs平台通信，所述中央服务控制器将获取到的穿梭车状态和位置信息数据通过数据接口与wcs平台进行数据交换；所述wcs平台将控制命令下发给所述中央服务控制器以控制所述穿梭车的运行；所述wcs平台监测所述中央服务控制器的运行状态和故障情况，及时发现问题并通知维护人员进行处理；所述wcs平台对经所述中央服务控制器转发的穿梭车的运行轨迹、货物位置信息进行实时监控。
11.上述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其中，所述无线光通信模块包括led光收发一体装置和信号处理器，所述led光收发一体装置包括led光源和探测器，所述led光收发一体装置用于实现对光信号的双向通信功能；所述信号处理器用于对接收到的信号数据进行解析处理以实现穿梭车和中央服务控制器之间的数据交换、通信或控制命令传输。
12.上述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其中，所述穿梭车内置有多个传感器，用于检测货物的位置、形状和大小信息，并将这些信息通过其上的无线光通信模块与所述立体仓库货架侧的无线光通信模块之间的通信传输至所述中央服务控制器进行处理，实现所述中央服务控制器对货物的定位和追踪；
13.所述穿梭车自身的状态信息通过其上的无线光通信模块与所述立体仓库货架侧的无线光通信模块之间的通信传输至所述中央服务控制器，所述中央服务控制器通过该状态信息实现对穿梭车的实时监控和管理；
14.所述中央服务控制器发送的操作指令通过所述立体仓库货架侧的无线光通信模块与穿梭车上的无线光通信模块之间的通信发送给所述穿梭车。
15.上述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其中，基于点位响应式的时域/空间域网格地图的构建流程如下：
16.首先，在立体仓库货架侧的仓库货架上以及穿梭车运行轨迹上布置多个光通信的节点，每个节点位置上对应部署一个无线光通信模块，将每个节点的位置坐标进行地址编码，该地址编码则为对应的无线光通信模块的节点模块ip；
17.其次，使用ieee 802.1as协议的时间同步技术对网络拓扑中各节点的无线光通信模块按照时间同步树进行时序号配置，形成逐层各节点保持一致的单向自增的时序性特征架构；
18.最后，将每个节点的地址编码与时序号对应捆绑，形成对应的无线光通信模块唯一的id，该id包括节点模块ip、时间戳和在时间同步树中的层级时序号，其表明了各节点的无线光通信模块在时域/空间域的特征标记；构建成基于点位响应式的时域/空间域网格地图；
19.路由控制器对每个节点的无线光通信模块进行网络配置和安全设置，将各节点上的无线光通信模块的id信息桥连汇集到中央服务控制器进行统一监控和管理。
20.上述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其中，所述穿梭车通过对接收到的各节点的无线光通信模块发出的光信号进行数据解析，以持续获取最新的位置信息，从而使其能够在行驶过程中自主地进行导航；
21.同时，立体仓库货架侧的无线光通信模块则将自身id信息封装在接收到的穿梭车数据包上，经路由控制器转发反馈至所述中央服务控制器；所述中央服务控制器通过解码
id信息实现对穿梭车位置信息及时序数据的跟踪和更新，所述中央服务控制器判断穿梭车的任务完成情况并对穿梭车进行下一步调度，实现对穿梭车的精准定位与导航功能。
22.本发明还提供了一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统的应用方法，包括以下步骤：
23.s1，部署无线光通信系统：将无线光通信模块依据通信密度需求和立体仓库空间结构分别安装在穿梭车上和立体仓库货架侧的仓库货架以及穿梭车运行轨迹上，以无线光信号作为传输介质进行数据通讯，保证数据和信息可以在通信上下行两端之间进行精确定位和导航功能的交互和传输，同时，立体仓库货架侧的各无线光通信模块由多个路由控制器组网桥连汇集至中央服务控制器，形成完整的通讯网络；
24.s2，设计数据封装格式：在无线双工光通信技术的基础上，设计一种无线光通信数据包格式，适用于立体仓库的运维管理，采用一种通信数据帧格式描述时/空维度的方法，构建基于点位响应式的时域/空间域网格地图，地图中各节点的空间网格坐标和在时间同步树上的时序号相结合，生成节点id数据帧，编码在数据包包头位置，通过解码包头信息可准确、实时地获取各节点的具体位置以及可用于监测各节点设备状况的时序数据，节点id数据帧格式为：[位置，时间戳，时序号]，其中位置表示节点在立体仓库中的三维坐标；时间戳表示数据包产生的当前时间，以微秒为单位；时序号表示该数据包所在的时间同步树中的层级时序；
[0025]
s3，开发通信管控平台：通信管控平台主要由路由控制器和中央服务控制器两部分组成，路由控制器负责各无线光通信模块的组网和通信功能，支持对中央服务控制器的远程指令发送和作业调整操作；所述中央服务控制器与wcs平台通信，具有路径规划和作业调度功能，同时可实时监测立体仓库的各种运营情况和异常情况；穿梭车在行进过程中持续与途经的货架侧无线光通信模块进行通信交互；穿梭车通过对接收到的各节点的无线光通信模块发出的光信号进行数据包解析，以持续获取最新的位置信息，从而使其能够在行驶过程中自主地进行导航；同时，立体仓库货架侧的无线光通信模块则将自身id数据帧封装在接收到的穿梭车数据包上，经路由控制器转发反馈至中央服务控制器，所述中央服务控制器通过解码穿梭车数据包中的id数据帧实现对穿梭车位置信息及时序数据的跟踪和更新，所述中央服务控制器判断穿梭车的任务完成情况并对穿梭车进行下一步调度；
[0026]
s4，实现数据共享：所述中央服务控制器与wcs平台建立数据共享，将仓库数据和信息实时共享给工作人员，实现对立体仓库管理的监控和分析。
[0027]
上述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统的应用方法，步骤s2中，所述id数据帧中的位置和时间戳采用二进制数值表示，所述二进制数值采用32位整型和64位长整型，所述id数据帧中的时序号采用自然数来表示，每次传输增加1；假设当前节点的位置坐标为(100,200,50)，此时时间戳为1630362073034000，时序号为50，那么对应的数据包编码就是：
[0028]
|00000000 00000000 00000000 01100100
[0029]
|00000000 00000000 00000000 11001000
[0030]
|00000000 00000000 00000000 00110010
[0031]
|00000000 00000101 11001010 11001110
[0032]
01000000 00110111 11101101 00010000
[0033]
|00000000 00000000 00000000 00110010|
[0034]
其中，前三个数值代表位置参数，第四个数值代表时间戳，最后一个数值代表时序号；通过读取数据包的不同部分，同时知道节点的位置、相关时间信息以及该数据包所在的时间同步树中的层级时序；通过这种id数据帧格式构建出的立体仓库时域/空间域网格地图实现了对立体仓库空间的精确和详细描述，为立体仓库穿梭车导航系统运行提供了协同性、时效性的支持。
[0035]
采用本发明的基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统及其应用方法的技术方案，采用了无线双工光通信技术，结合时序同步技术和位置感知技术，构建基于点位响应式的时域/空间域网格地图，通过部署无线光通信系统、设计数据封装格式、开发通信管控平台以及实现数据共享等步骤，实现了对立体仓库穿梭车的精确定位和实时导航以及对仓库作业的监控和优化。该方案具有高精度、高稳定性、数据交互速度快等优点，能够提高仓库作业效率和系统可靠性。同时，该方案还可以适用于多种不同类型的立体仓库，具有一定的通用性。
附图说明
[0036]
图1为本发明的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统的结构示意图。
具体实施方式
[0037]
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
[0038]
请参阅图1，本发明的实施例，一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，包括路由控制器2、中央服务控制器3、wcs平台4、安装在穿梭车5上的无线光通信模块11以及安装在立体仓库货架侧的多个无线光通信模块12。穿梭车和立体仓库货架之间安装一组无线光通信模块，穿梭车上的无线光通信模块通过光信号发送和接收数据，与货架侧的路由控制器、中央服务控制器等设备进行数据交互和信息传输，且更进一步对多个无线光通信模块进行组网，并与立体仓库空间网格坐标对应分布部署在货架的各个位置，通过对每个模块采集到的信息数据解析处理则可在立体仓库中实现精准定位与导航功能，增强整个智慧物流系统的信息传输和管理效率。
[0039]
穿梭车5上的无线光通信模块11通过光信号发送和接收数据，穿梭车5上的光通信模块11和穿梭车5之间建立数据交换协议以实现数据格式/类型一致，穿梭车5通过其上的光通信模块11与中央服务控制器3进行数据交换和信息传输，穿梭车5上的光通信模块11与中央服务控制器3通过无线通讯。
[0040]
立体仓库货架侧的多个无线光通信模块12与立体仓库货架侧的空间网格坐标对应，分布在仓库货架上以及穿梭车运行轨迹上的不同位置，构建基于点位响应式的时域/空间域网格地图，且该多个无线光通信模块12由多个路由控制器2通过组网桥连汇集至中央服务控制器3。
[0041]
穿梭车5行进过程中，穿梭车5上的无线光通信模块11持续与途经的立体仓库货架侧的无线光通信模块12进行通信交互；中央服务控制器3通过对各无线光通信模块采集到
的信息数据解析处理，实现对穿梭车5的精准定位与导航功能。具体地，穿梭车5通过对接收到的各节点的无线光通信模块12发出的光信号进行数据解析，以持续获取最新的位置信息，从而使其能够在行驶过程中自主地进行导航；同时，立体仓库货架侧的无线光通信模块12则将自身id信息封装在接收到的穿梭车数据包上，经路由控制器2转发反馈至中央服务控制器3；中央服务控制器3通过解码id信息实现对穿梭车位置信息及时序数据的跟踪和更新，中央服务控制器3判断穿梭车的任务完成情况并对穿梭车进行下一步调度，实现对穿梭车3的精准定位与导航功能。
[0042]
中央服务控制器3与wcs平台4通信，中央服务控制器3将获取到的穿梭车状态和位置信息数据通过数据接口与wcs平台4进行数据交换；wcs平台4将控制命令下发给中央服务控制器3以控制穿梭车5的运行；wcs平台4监测中央服务控制器3的运行状态和故障情况，及时发现问题并通知维护人员进行处理；wcs平台4对经中央服务控制器3转发的穿梭车的运行轨迹、货物位置信息进行实时监控。
[0043]
本发明的基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统中，无线光通信模块11包括led光收发一体装置和信号处理器，led光收发一体装置包括led光源和探测器，led光收发一体装置用于实现对光信号的双向通信功能；信号处理器用于对接收到的信号数据进行解析处理以实现穿梭车和中央服务控制器之间的数据交换、通信或控制命令传输。
[0044]
穿梭车5上的无线光通信模块11和穿梭车5之间建立数据交换协议以实现数据格式/类型一致，让穿梭车5能够有效地使用无线光通信模块11进行数据交换和通信。立体仓库货架侧的多个光通信模块12则通过路由控制器2进行组网连接至中央服务控制器3，以实现中央服务控制器3对穿梭车5的识别跟踪和通信控制。
[0045]
与传统rfid、wifi、蓝牙等通信技术相比，无线光通信方案具有以下技术优势：
[0046]
(1)、高精度定位能力：多个无线光通信模块分布在立体仓库货架的各个位置形成空间网格坐标，并通过对每个模块发出的光信号数据进行解析和比对来实现精准的空间定位。在立体仓库中，穿梭车需要完成对货架位置的准确定位，而无线光通信技术可以实现亚毫米级别的高精度定位，有效提高了仓库管理的效率和准确性；
[0047]
(2)、高速率、低延迟：无线光通信技术采用led光源可实现每秒数兆比特甚至更高的数据传输速率，同时相较于传统无线通信技术避免了频谱资源竞争，可满足实时数据传输的需求，尤其适合需要高精度、低延迟的控制应用场景；
[0048]
(3)、抗干扰能力强：传统rfid、wifi、蓝牙等通信技术容易受到电磁干扰、信号屏蔽等问题，影响通信质量和精度。而无线光通信技术不会受到这些干扰因素的影响，具有更强的抗干扰性能；
[0049]
(4)、安全性高：无线光通信技术的通信信号是通过光波进行传输的，在信道方面具有天然的保密性和安全性，不会被黑客轻易窃取或攻击，具有更高的安全性。
[0050]
(5)、绿色环保：使用无线光通信技术不会产生电磁辐射、污染环境等问题，同时也满足环保要求。
[0051]
在本发明的基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统中，穿梭车5上配备一个无线光通信模块11，用于光通信功能的实现。无线光通信模块具备双工通信功能，可同时实现数据的收发功能。穿梭车5通过无线光通信模块11与中央服务控制器3进行数据交互和信息传输，实现精确定位和导航功能。在智慧物流运作中，穿梭车5的智能化操控至关重
要，穿梭车自控软件系统负责驱动穿梭车运行以及对穿梭车和其它设备(如无线光通信模块、超声波传感器、摄像头、激光雷达等传感器)之间通讯的相关参数进行配置和调整，基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车可以使仓库管理更加智能化、高效化，具体来说：
[0052]
(1)、传感器数据传输：立体仓库穿梭车内置了多个传感器，如光电传感器、超声波传感器等，用于检测货物的位置、形状和大小等信息，并将这些信息通过穿梭车上的无线光通信模块与立体仓库货架侧的无线光通信模块之间的通信传输到中央服务控制器中进行处理；
[0053]
(2)、操作指令传输：通过无线光通信模块，可以实现中央服务控制器向立体仓库内的穿梭车发送操作指令，如前进、后退、左转、右转以及对运行速度的调整等，控制其完成货物接收、存储和出库等任务；中央服务控制器发送的操作指令通过立体仓库货架侧的无线光通信模块与穿梭车上的无线光通信模块之间的通信发送给穿梭车；
[0054]
(3)、实时监控：无线光通信模块还可将立体仓库穿梭车的状态信息传输回中央服务控制器，如车速、载货情况、剩余电量等信息，以便对穿梭车进行实时监控和管理；
[0055]
(4)、货物跟踪：利用穿梭车上的无线光通信模块，可以实现货物的跟踪和追踪。在货物进入立体仓库后，通过传感器检测货物位置信息，再通过无线光通信模块将这些信息传输到中央服务控制器中，对货物进行定位和追踪，提高操作效率和准确性。
[0056]
总之，无线光通信模块在立体仓库穿梭车中的应用方法非常灵活多样，能有效地提高穿梭车的运作效率和准确性，降低因传输故障而导致的错误率，从而更好地服务于立体仓库的物流运作。
[0057]
在本发明的基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统中，由于立体仓库内部存在复杂布局和多层叠加结构，为了实现穿梭车之间的数据传输和控制，需要建立覆盖整个仓库的无线光通信网络。基于无线光通信模块的穿梭车能够利用无线光信号实现穿梭车之间及与其他设备之间的数据交换，而对多个无线光通信模块进行组网，则可以大大增强整个智慧物流系统的信息传输和管理效率。本发明中的组网技术方案，根据立体仓库具体架构和穿梭车导航以及网络拓扑结构的需求，采用分布式架构，将各个无线光通信模块分布在不同位置，形成多级拓扑结构，并通过路由协议和数据交换技术连接起来。基于点位响应式的时域/空间域网格地图的构建流程如下：
[0058]
首先，在立体仓库货架侧的仓库货架上以及穿梭车运行轨迹上布置多个光通信的节点，每个节点位置上对应部署一个无线光通信模块，将每个节点的位置坐标(x，y，z)进行地址编码，该地址编码则为对应的无线光通信模块的节点模块ip；
[0059]
其次，使用ieee 802.1as协议的时间同步技术对网络拓扑(星型)中各节点的无线光通信模块按照时间同步树进行时序号配置，形成逐层各节点保持一致的单向自增的时序性特征架构；
[0060]
最后，将每个节点的地址编码与时序号对应捆绑，形成对应的无线光通信模块唯一的id，该id包括节点模块ip、时间戳和在时间同步树中的层级时序号，其表明了各节点的无线光通信模块在时域/空间域的特征标记；构建成基于点位响应式的时域/空间域网格地图；
[0061]
路由控制器对每个节点的无线光通信模块进行网络配置和安全设置，将各节点上的无线光通信模块的id信息桥连汇集到中央服务控制器进行统一监控和管理。这种组网技
术结合时序同步技术和空间地址编码技术的应用方案为仓库物流的高效控制和数据的实时传输提供了高速、稳定、可靠和精准的网络连接。
[0062]
组网过程中，根据应用场景和要求对网络拓扑结构进行规划和设计，路由控制器2对每个节点进行网络配置和安全设置，将节点的数据、数据负载、目标地址、时钟等信息桥连汇集到中央服务控制器进行统一监控和管理，以获得最优的传输效率和可靠管控。具体来说，无线光通信模块的组网功能能够使得智慧物流生产过程和管理流程更加智能化、高效化，例如：
[0063]
(1)、数据采集和传输更加高效：当多个穿梭车在物流场景中协同工作时，需要对各种物料、货物、仓储、运输等信息进行全面的数据采集和传输。无线光通信模块则通过组网功能，快速按时按序地将不同设备采集到的信息进行处理，从而提高数据的采集和传输效率；
[0064]
(2)、任务分配和追踪更加精准：采用基于无线光通信模块的中央服务控制器可以通过组网功能，对穿梭车的任务分配和执行情况进行跟踪，并进行实时监控和调整，提高物流系统的管理水平和效率；
[0065]
(3)、设备状态监测更加准确：组网后，每个穿梭车的状态信息都可以通过无线光通信模块实时传输到中央服务控制器，从而更加准确地掌握设备的运行情况，并及时处理可能出现的故障。
[0066]
(4)、自动化管理更加智能：大规模应用无线光通信技术和组网功能可以促进智能化物流系统的发展，使得自动化设备、机器人和人员之间进行更加智能、高效的协同工作，以达到更好的生产效率和精度。
[0067]
总之，无线光通信模块的组网功能可以提高整个智慧物流系统的信息传输和管理效率，为制造业、仓储物流等领域带来更加高效和可靠的工业通信和物流服务。
[0068]
在本发明的基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统中，中央服务控制器3除了支持无线光通信系统的网络通信和数据治理外，还可与wcs(仓储控制系统)平台4进行协同作业，实现wcs平台4通过无线光通信系统对整个仓储、物流系统的任务分配、调度和监控等功能。
[0069]
中央服务控制器3是无线双工光通信系统的核心，通过对各个无线光通信模块的管控和组网，实现仓库内穿梭车的自动化运行和智能调度。本发明中，中央服务控制器3基于arm、dsp等芯片进行嵌入式模式的模块化设计，具备高性能、低功耗、小型化等特点，实现了数据采集、处理和存储、通信传输等功能。在通信协议方面，中央服务控制器3从系统需求、设备兼容性、安全性等多方面因素综合考虑，构建了支持如tcp/ip协议、can总线协议等多类型协议的底层环境。中央服务控制器3需要实时获取各个无线光通信模块的状态和位置信息等数据，并进行算法处理和同步记录归档。为了确保数据的实时性和精准性，中央服务控制器3采用对带有id标识的数据包包头进行识别、解析和归类来保证数据实时稳定地传输至wcs平台4。中央服务控制器3与wcs平台4建立通信接口和数据共享机制，将获取到的设备状态和位置信息等数据通过数据接口与wcs平台进行数据交换。同时，wcs平台4也可将路径规划指令等控制命令下发给中央服务控制器3以控制穿梭车5的运行，包括速度、方向、停靠等操作。wcs平台4可以随时监测中央服务控制器3的运行状态和故障情况，及时发现问题并通知维护人员进行处理。同时，wcs平台4还可以对经中央服务控制器3转发的穿梭车的
运行轨迹、货物位置等信息进行实时监控，并提供数据分析和预测服务。综上所述，中央服务控制器3对各无线光通信模块的组网和管控方案采用多种技术手段和网络协议，并与wcs平台4进行紧密的嵌套组合，实现数据同步、运动控制、故障排查等功能，以实现高效、智能化的自动化仓储管理系统。
[0070]
中央服务控制器3结合wcs平台4在仓储物流中具有显著的技术优势和创新性：
[0071]
(1)、实现数据实时同步：中央服务控制器采用无线光通信技术，可以实现快速、高效的数据传输和处理，与wcs平台进行系统对接后，可以实现数据的实时同步，准确地获取各个穿梭车的状态和位置信息；
[0072]
(2)、增强管理响应能力：基于wcs平台的监控和报警，中央服务控制器可以随时监测运行状态和故障情况，并发送警报信号给wcs平台，及时发现问题并通知维护人员进行处理，从而增强了管理响应能力和保障运作安全性；
[0073]
(3)、推进智能化发展：中央服务控制器结合wcs平台，可以推动物流仓储的智能化发展，实现设备联网。例如，通过对数据进行分析和预测，可以提前识别潜在的问题，并采取相应的措施避免损失；通过对穿梭车的运动轨迹和货物状态进行实时监控，提高仓库操作的准确性和响应速度。
[0074]
总之，中央服务控制器结合wcs平台在仓储物流中可以实现数据实时同步、高效运行控制、管理响应能力增强、推进智能化发展等目标，为物流仓储业带来了新的机遇和挑战。
[0075]
本发明的基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，在立体仓库智能化管理领域中具有广泛的应用前景。无线光通信技术相较于传统的rfid、wifi、蓝牙等通信技术，具有精度更高、抗干扰性更强、安全性更高等优势，可以有效提高仓库管理的效率和准确性。
[0076]
一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统的应用方法，包括以下步骤：
[0077]
s1，部署无线光通信系统：将无线光通信模块依据通信密度需求和立体仓库空间结构分别安装在穿梭车上和立体仓库货架侧的仓库货架以及穿梭车运行轨迹上，以无线光信号作为传输介质进行数据通讯，保证数据和信息可以在通信上下行两端之间进行精确定位和导航功能的交互和传输，同时，立体仓库货架侧的各无线光通信模块由多个路由控制器组网桥连汇集至中央服务控制器，形成完整的通讯网络；
[0078]
s2，设计数据封装格式：在无线双工光通信技术的基础上，设计一种无线光通信数据包格式，适用于立体仓库的运维管理，即用一种通信数据帧格式描述时/空维度的方法，构建基于点位响应式的时域/空间域网格地图(节点的空间网格坐标(x、y、z)和在时间同步树上的时序号相结合，生成节点id数据帧[位置，时间戳，时序号]，编码在数据包包头位置，通过解码包头信息即可准确、实时地获取各节点的具体位置以及可用于监测各节点设备状况的时序数据(时序号既与各节点在网络层次顺序上的实际位置坐标相对应，又代表了各节点数据产生的时间以及在时间同步树中的层级时序，位置信息和时间信息在维度上顺序一致)。具体而言，节点id数据帧格式：[位置，时间戳，时序号]，其中位置表示节点在立体仓库中的三维坐标(x，y，z)；时间戳表示数据包产生的当前时间，以微秒为单位；时序号表示该数据包所在的时间同步树中的层级时序。
[0079]
位置和时间戳可以采用二进制数值表示，例如32位整型和64位长整型。时序号可以采用自然数来表示，每次传输增加1。例如，假设当前节点的位置坐标为(100,200,50)，此时时间戳为1630362073034000，时序号为50，那么对应的数据包编码就是：
[0080]
|00000000 00000000 00000000 01100100
[0081]
|00000000 00000000 00000000 11001000
[0082]
|00000000 00000000 00000000 00110010
[0083]
|00000000 00000101 11001010 11001110
[0084]
01000000 00110111 11101101 00010000
[0085]
|00000000 00000000 00000000 00110010|
[0086]
其中，前三个数值代表位置参数，第四个数值代表时间戳，最后一个数值代表时序号。这样通过读取数据包的不同部分，我们可以同时知道节点的位置、相关时间信息以及该数据包所在的时间同步树中的层级时序。最后，按照这种数据帧格式构建出的立体仓库时域/空间域网格地图既实现了对立体仓库空间的精确和详细描述，又为仓库系统运行提供了协同性、时效性的支持；
[0087]
s3，开发通信管控平台：通信管控平台主要由路由控制器和中央服务控制器两部分组成，路由控制器负责各无线光通信模块的组网和通信功能，支持对中央服务控制器的远程指令发送和作业调整操作；中央服务控制器与wcs平台通信，具有路径规划和作业调度功能，同时可实时监测立体仓库的各种运营情况和异常情况；穿梭车在行进过程中持续与途经的货架侧无线光通信模块进行通信交互；穿梭车通过对接收到的各节点的无线光通信模块发出的光信号进行数据包解析，以持续获取最新的位置信息，从而使其能够在行驶过程中自主地进行导航；同时，立体仓库货架侧的无线光通信模块则将自身id数据帧封装在接收到的穿梭车数据包上，经路由控制器转发反馈至中央服务控制器，中央服务控制器通过解码穿梭车数据包中的id数据帧(带有位置和时序号信息)实现对穿梭车位置信息及时序数据的跟踪和更新，中央服务控制器判断穿梭车的任务完成情况并对穿梭车进行下一步调度；
[0088]
s4，实现数据共享：中央服务控制器与wcs平台建立数据共享，将仓库数据和信息实时共享给工作人员，实现对立体仓库管理的监控和分析。
[0089]
综上所述，本发明的基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统及其应用方法，采用了无线双工光通信技术，结合时序同步技术和位置感知技术，构建基于点位响应式的时域/空间域网格地图，通过部署无线光通信系统、设计数据封装格式、开发通信管控平台以及实现数据共享等步骤，实现了对立体仓库穿梭车的精确定位和实时导航以及对仓库作业的监控和优化。该方案具有高精度、高稳定性、数据交互速度快等优点，能够提高仓库作业效率和系统可靠性。同时，该方案还可以适用于多种不同类型的立体仓库，具有一定的通用性。
[0090]
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

技术特征：
1.一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其特征在于，包括路由控制器、中央服务控制器、wcs平台、安装在穿梭车上的无线光通信模块以及安装在立体仓库货架侧的多个无线光通信模块，其中：穿梭车上的无线光通信模块通过光信号发送和接收数据，穿梭车上的光通信模块和穿梭车之间建立数据交换协议以实现数据格式/类型一致，穿梭车通过其上的光通信模块与中央服务控制器进行数据交换和信息传输；立体仓库货架侧的多个无线光通信模块与立体仓库货架侧的空间网格坐标对应，分布在仓库货架上以及穿梭车运行轨迹上的不同位置，构建基于点位响应式的时域/空间域网格地图，且该多个无线光通信模块由多个路由控制器通过组网桥连汇集至所述中央服务控制器；所述穿梭车行进过程中，穿梭车上的无线光通信模块持续与途经的立体仓库货架侧的无线光通信模块进行通信交互；所述中央服务控制器通过对各无线光通信模块采集到的信息数据解析处理，实现对穿梭车的精准定位与导航功能；所述中央服务控制器与所述wcs平台通信，所述中央服务控制器将获取到的穿梭车状态和位置信息数据通过数据接口与wcs平台进行数据交换；所述wcs平台将控制命令下发给所述中央服务控制器以控制所述穿梭车的运行；所述wcs平台监测所述中央服务控制器的运行状态和故障情况，及时发现问题并通知维护人员进行处理；所述wcs平台对经所述中央服务控制器转发的穿梭车的运行轨迹、货物位置信息进行实时监控。2.如权利要求1所述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其特征在于，所述无线光通信模块包括led光收发一体装置和信号处理器，所述led光收发一体装置包括led光源和探测器，所述led光收发一体装置用于实现对光信号的双向通信功能；所述信号处理器用于对接收到的信号数据进行解析处理以实现穿梭车和中央服务控制器之间的数据交换、通信或控制命令传输。3.如权利要求1所述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其特征在于，所述穿梭车内置有多个传感器，用于检测货物的位置、形状和大小信息，并将这些信息通过其上的无线光通信模块与所述立体仓库货架侧的无线光通信模块之间的通信传输至所述中央服务控制器进行处理，实现所述中央服务控制器对货物的定位和追踪；所述穿梭车自身的状态信息通过其上的无线光通信模块与所述立体仓库货架侧的无线光通信模块之间的通信传输至所述中央服务控制器，所述中央服务控制器通过该状态信息实现对穿梭车的实时监控和管理；所述中央服务控制器发送的操作指令通过所述立体仓库货架侧的无线光通信模块与穿梭车上的无线光通信模块之间的通信发送给所述穿梭车。4.如权利要求1所述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其特征在于，基于点位响应式的时域/空间域网格地图的构建流程如下：首先，在立体仓库货架侧的仓库货架上以及穿梭车运行轨迹上布置多个光通信的节点，每个节点位置上对应部署一个无线光通信模块，将每个节点的位置坐标进行地址编码，该地址编码则为对应的无线光通信模块的节点模块ip；其次，使用ieee 802.1as协议的时间同步技术对网络拓扑中各节点的无线光通信模块按照时间同步树进行时序号配置，形成逐层各节点保持一致的单向自增的时序性特征架
构；最后，将每个节点的地址编码与时序号对应捆绑，形成对应的无线光通信模块唯一的id，该id包括节点模块ip、时间戳和在时间同步树中的层级时序号，其表明了各节点的无线光通信模块在时域/空间域的特征标记；构建成基于点位响应式的时域/空间域网格地图；路由控制器对每个节点的无线光通信模块进行网络配置和安全设置，将各节点上的无线光通信模块的id信息桥连汇集到中央服务控制器进行统一监控和管理。5.如权利要求4所述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，其特征在于，所述穿梭车通过对接收到的各节点的无线光通信模块发出的光信号进行数据解析，以持续获取最新的位置信息，从而使其能够在行驶过程中自主地进行导航；同时，立体仓库货架侧的无线光通信模块则将自身id信息封装在接收到的穿梭车数据包上，经路由控制器转发反馈至所述中央服务控制器；所述中央服务控制器通过解码id信息实现对穿梭车位置信息及时序数据的跟踪和更新，所述中央服务控制器判断穿梭车的任务完成情况并对穿梭车进行下一步调度，实现对穿梭车的精准定位与导航功能。6.一种如权利要求1所述的基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，部署无线光通信系统：将无线光通信模块依据通信密度需求和立体仓库空间结构分别安装在穿梭车上和立体仓库货架侧的仓库货架以及穿梭车运行轨迹上，以无线光信号作为传输介质进行数据通讯，保证数据和信息可以在通信上下行两端之间进行精确定位和导航功能的交互和传输，同时，立体仓库货架侧的各无线光通信模块由多个路由控制器组网桥连汇集至中央服务控制器，形成完整的通讯网络；s2，设计数据封装格式：在无线双工光通信技术的基础上，设计一种无线光通信数据包格式，适用于立体仓库的运维管理，采用一种通信数据帧格式描述时/空维度的方法，构建基于点位响应式的时域/空间域网格地图，地图中各节点的空间网格坐标和在时间同步树上的时序号相结合，生成节点id数据帧，编码在数据包包头位置，通过解码包头信息可准确、实时地获取各节点的具体位置以及可用于监测各节点设备状况的时序数据，节点id数据帧格式为：[位置，时间戳，时序号]，其中位置表示节点在立体仓库中的三维坐标；时间戳表示数据包产生的当前时间，以微秒为单位；时序号表示该数据包所在的时间同步树中的层级时序；s3，开发通信管控平台：通信管控平台主要由路由控制器和中央服务控制器两部分组成，路由控制器负责各无线光通信模块的组网和通信功能，支持对中央服务控制器的远程指令发送和作业调整操作；所述中央服务控制器与wcs平台通信，具有路径规划和作业调度功能，同时可实时监测立体仓库的各种运营情况和异常情况；穿梭车在行进过程中持续与途经的货架侧无线光通信模块进行通信交互；穿梭车通过对接收到的各节点的无线光通信模块发出的光信号进行数据包解析，以持续获取最新的位置信息，从而使其能够在行驶过程中自主地进行导航；同时，立体仓库货架侧的无线光通信模块则将自身id数据帧封装在接收到的穿梭车数据包上，经路由控制器转发反馈至中央服务控制器，所述中央服务控制器通过解码穿梭车数据包中的id数据帧实现对穿梭车位置信息及时序数据的跟踪和更新，所述中央服务控制器判断穿梭车的任务完成情况并对穿梭车进行下一步调度；s4，实现数据共享：所述中央服务控制器与wcs平台建立数据共享，将仓库数据和信息
实时共享给工作人员，实现对立体仓库管理的监控和分析。7.如权利要求6所述的一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统的应用方法，其特征在于，步骤s2中，所述id数据帧中的位置和时间戳采用二进制数值表示，所述二进制数值采用32位整型和64位长整型，所述id数据帧中的时序号采用自然数来表示，每次传输增加1；假设当前节点的位置坐标为(100,200,50)，此时时间戳为1630362073034000，时序号为50，那么对应的数据包编码就是：|00000000 00000000 00000000 01100100|00000000 00000000 00000000 11001000|00000000 00000000 00000000 00110010|00000000 00000101 11001010 1100111001000000 00110111 11101101 00010000|00000000 00000000 00000000 00110010|其中，前三个数值代表位置参数，第四个数值代表时间戳，最后一个数值代表时序号；通过读取数据包的不同部分，同时知道节点的位置、相关时间信息以及该数据包所在的时间同步树中的层级时序；通过这种id数据帧格式构建出的立体仓库时域/空间域网格地图实现了对立体仓库空间的精确和详细描述，为立体仓库穿梭车导航系统运行提供了协同性、时效性的支持。

技术总结
本发明公开了一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统，包括路由控制器、中央服务控制器、WCS平台、安装在穿梭车上的无线光通信模块以及安装在立体仓库货架侧的多个无线光通信模块，穿梭车通过其上的光通信模块与中央服务控制器进行数据交换和信息传输；立体仓库货架侧的多个无线光通信模块由多个路由控制器通过组网桥连汇集至所述中央服务控制器；穿梭车行进过程中，穿梭车上的无线光通信模块持续与途经的立体仓库货架侧的无线光通信模块进行通信交互；中央服务控制器与WCS平台通信，实现了对立体仓库穿梭车的精确定位和实时导航以及对仓库作业的监控和优化。本发明还公开了一种基于无线光通信模块的立体仓库穿梭车导航系统的应用方法。库穿梭车导航系统的应用方法。库穿梭车导航系统的应用方法。


技术研发人员：郭德凯
受保护的技术使用者：北京宇丰凯电子有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/6