本方案针对室内外集装箱上卸货作业场景，为无人叉车实现托盘与货物自动精确对位叉卸货，同时根据 3D Slam 建图匹配定位导航实现货物在各港口高度自动化搬运。港口可为室内或室外堆栈场景。
2.系统设计
无人叉车系统功能主要包括定位导航、安全防护及自动叉卸货，根据功能系统设计如下：
图1 系统整体设计图
（1）镭神多线激光雷达：提供 3D 实时点云数据，用于系统建图、匹配定位、路径规划导航。
（2）镭神 W 系列预警防撞激光雷达：用于实时避障，叉车运行区域安全防护。
（3）摄像头：用于辅助定位、识别车道边界线、货物栈板。
（4）编码器：检测叉卸货上下行程
（5）IMU：实时检测叉车姿态
（6）工控处理器：算法运行处理平台
（7）STM32 控制板：作为叉车底层线控单元，负责传感器通讯和电机控制。
3.系统功能
无人叉车系统整体功能主要包括自主导航、自动车卸货及作业调度。
3.系统功能
无人叉车系统整体功能主要包括自主导航、自动车卸货及作业调度。
图2 系统功能设计图
3.1 自主导航功能
叉车实现自主导航功能主要通过激光雷达 3D SLAM 算法实现，主要包括 3D 场景地图构建、匹配定位、路径规划与实时避障导航。
（1） 3D 场景地图构建：利用 3D 激光雷达和 SLAM 算法完成工作场景地图构建。
图3 3D SLAM建图
（2）匹配定位：结合 IMU 数据，利用激光雷达实时扫描点云数据与场景地图进行匹配定位。
图4 匹配定位原理
图5 匹配定位场景
（3）路径规划与实时避障：路径规划导航是无人叉车核心功能，利用激光雷达探测的先验信息，利用全局规划给出运动的路线，同时根据避障信息的局部规划功能做出具体的行为规划和运动规划，最后转换为一系列连续的导航航迹目标运动。
图6 路径规划与实时避障
3.2 叉卸货功能
主要利用传感器完成叉拖的精准定位运动控制和货物升降高度自动检测。
图7 精准对位叉卸货
3.3 作业调度系统
根据厂区货物堆放和布局，合理规划作业调度，软件系统如下：
图8 作业调度系统
4.系统设计工作流程
（1）初始化（包括自检，建图，货堆线识别，集装箱识别）。
（2）等待作业调度系统命令。
（3）开始遍历货物，判断搬运是否完成，如果完成则回原点充电
（4）自检电池电量，如果电量不足则回到原点充电，将任务移交。
