本项目旨在研发一套用于工业场景（如生产线、仓库、装配车间）的工装车自动跟随控制系统。系统需实现工装车对指定操作人员的自动、稳定、安全跟随，替代传统的人工牵引或固定路径的AGV，实现物料配送的柔性化与智能化。核心目标是解决动态目标识别与稳定跟踪、复杂环境下的安全避障、多车协同与调度等关键技术问题。最终交付物应包含车载控制系统、人员佩戴的信标终端、后台监控软件及全套技术文档。

2.1. 多传感器融合的目标识别与跟踪定位技术​

• ​主导航方案：UWB与激光雷达/视觉融合定位​

  • ​UWB高精定位​：研究基于超宽带技术的人员与车辆间的相对定位算法。通过在人员佩戴标签和车辆上安装基站/标签，实现三维空间内厘米级精度的实时距离和角度测量。

  • ​激光雷达SLAM辅助定位与避障​：车辆搭载激光雷达，一方面通过SLAM技术构建环境地图并实现车辆自身的精确定位，另一方面实时检测动态和静态障碍物，弥补UWB在复杂环境中可能出现的信号遮挡或跳变问题。

  • ​传感器数据融合算法​：研究卡尔曼滤波或基于优化的融合算法，将UWB测距数据、激光雷达点云数据、车辆轮速计/IMU数据进行深度融合，输出稳定、平滑、可靠的人员相对位置与车辆自身位姿。

​2.2. 自适应路径跟随与运动控制技术​

• ​智能跟随模式设计​：

  • ​直接跟踪模式​：车辆直接跟踪人员身后的相对位置。

  • ​循迹模式​：记录人员行走的轨迹，车辆随后沿相同路径平滑行驶，适用于通道狭窄的场景。

• ​自适应模型预测控制​：研究基于模型预测控制的运动控制算法。该算法能预测人员和车辆的未来运动状态，动态优化控制量（车速、角速度），实现加减速平滑、转弯精准，避免急起急停和晃动，保证车载物料的稳定性。

• ​非平整地面与坡度自适应​：控制算法需能适应车间/仓库地面的轻微不平整和坡度，保持控制的稳定性。

​2.3. 多层次安全防护技术​

• ​主动安全避障​：基于激光雷达/视觉传感器，建立实时动态避障模型。当检测到路径上出现突发障碍（如行人、叉车）时，能自动减速、绕行或停车。

• ​被动安全防护​：在车体前方及侧面加装防撞触边，实现物理层面的碰撞检测，触边触发后立即切断动力。

• ​紧急停止与状态指示​：人员佩戴的信标配备紧急停止按钮。车辆配备声光报警装置，在启动、转弯、倒车等状态时给出明确提示。

​2.4. 系统集成与智能调度技术​

• ​人机交互设计​：开发简洁的车辆状态显示界面（如电量、模式、故障代码）和手持遥控器，便于人员操作。

• ​物联网与车队管理​：系统支持通过Wi-Fi/5G接入物联网平台，可实时监控多台工装车的位置、状态。后台调度系统能对多车进行任务分配和路径规划，避免交通堵塞。

• ​与MES/WMS系统集成​：提供标准API接口，可从制造执行系统或仓库管理系统接收任务指令，实现物料需求的自动响应。

​3. 系统功能需求​

​3.1. 核心跟随功能​

• ​自动唤醒/休眠​：当人员进入一定范围内，车辆自动唤醒准备；人员离开后，车辆自动休眠。

• ​稳定跟随​：在指定距离（如2-3米）上稳定跟随人员，跟随时最大速度可调（如0-1.5m/s）。

• ​目标丢失处理​：当人员被遮挡导致UWB信号短暂丢失时，车辆应减速或暂停，并尝试通过激光雷达识别，若超时未找回则报警。

​3.2. 安全与管理功能​

• ​电子围栏​：可设置虚拟边界，车辆无法驶出授权区域。

• ​数据记录​：记录运行里程、故障信息、电池循环次数等，支持导出分析。

• ​低电量自动回充​（可选高级功能）：电量低于阈值时，自动行驶至指定充电点。

​

无

类别

技术指标（目标）

​跟随性能​

- ​跟随距离控制精度​： ±0.2米。
- ​最大跟随速度​： ≥1.2米/秒（可调）。
- ​最小转弯半径​： ≤车辆最小理论转弯半径。

​定位精度​

- ​UWB相对定位精度​： 静态＜10厘米，动态＜20厘米。
- ​车辆自定位精度​（激光SLAM）： ±5厘米。

​安全性​

- ​安全制动距离​： 检测到前方2米内障碍物，开始自动减速/停车。
- ​急停响应时间​： ＜100毫秒。
- ​防撞触边灵敏度​： 发生轻微碰撞（受力＜50N）立即停车。

​续航与可靠性​

- ​单次充电续航​： ≥8小时（标准工况）。
- ​系统平均无故障工作时间​： ≥2000小时。

• 开发平台​：控制系统建议基于ROS或实时操作系统开发，保证控制回路的实时性。

• ​实物交付物​：

  • 改造完毕的工装车原型机（至少2台）。

  • 人员佩戴信标（至少4个）。

  • 充电桩（如支持）。

• ​软件交付物​：

  • 车载控制核心算法软件。

  • 后台监控与调度软件（可选）。

• ​文档交付物​：

  • 《系统设计与需求规格说明书》。

  • 《核心技术算法说明文档》。

  • 《硬件接线图与BOM清单》。

  • 《用户操作与维护手册》。

  • 《测试报告》（包括功能、性能、安全、场地测试报告）。