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CN110647149B - 一种agv调度和交叉口分流控制方法 - Google Patents

一种agv调度和交叉口分流控制方法 Download PDF

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CN110647149B CN201910939880.1A CN201910939880A CN110647149B CN 110647149 B CN110647149 B CN 110647149B CN 201910939880 A CN201910939880 A CN 201910939880A CN 110647149 B CN110647149 B CN 110647149B
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Abstract

一种AGV调度和交叉口分流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1AGV运行地图建立；2起始站点和终止站点选择；3路径规划和路径记忆；4交叉口分流控制；5AGV运行和监控。

Description

一种AGV调度和交叉口分流控制方法
技术领域：
本发明涉及AGV调度控制领域，特别是关于一种AGV调度和交叉口分流控制方法。
背景技术：
随着自动化技术的快速发展，自动导引车辆(Automatic Guided Vehicle，简称AGV)作为一种重要的自动化物流搬运装备，以其较高的自动化水平、安全性和智能性，广泛应用在柔性制造和企业内部物流系统中。为提高行业竞争力和满足日益提高的生产要求，越来越多的企业引入AGV系统。为了满足生产需要，高效利用AGV，在柔性制造系统和立体化智能仓库之中一般会投入多台AGV。多AGV组成的系统中不但需要对AGV的运行线路进行优化，还需要通过控制器来调度各个AGV，避免多AGV同时运行时出现碰撞、运行线路重叠等造成的事故。
现在的AGV调度算法主要通过路径二次规划解决AGV的路径冲突，没有讨论小车在冲突路径节点的控制方法，当大量AGV同时运行时，重新规划路径会增加总里程，降低运行效率，论文[魏昆.柔性制造系统AGV动态调度模型与算法[D].沈阳大学,2014.]采用几何路径调节策略，在进行调度时，提前检测冲突路径，在AGV到达冲突路径前一节点时，对AGV的运行路径进行二次规划，使AGV避开冲突路径，沿着新的路径进行运行，但是这样增加了AGV的总里程，效率有待提高。
发明内容：
为了解决在复杂的工厂路线中多AGV同时运行时的调度问题以及交叉口分配问题，本发明提出一种AGV调度和交叉口分流控制方法，该方法基于Dijkstra最短路算法，实现AGV站点与站点之间以最短路径运行，同时基于Dijkstra算法提出路径记忆方法、设计出交叉口分流控制方法，并计算AGV在交叉口的转角输入实现AGV的转向控制。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
一种AGV调度和交叉口分流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1AGV运行地图建立；2起始站点和终止站点选择；3路径规划和路径记忆；4交叉口分流控制；5AGV运行和监控；
所述步骤1，AGV运行地图建立，包括以下子步骤：
步骤1.1、用数组记录站点距离，为工厂每个站点设置地标并保证地标的唯一性，将地标与地标间的距离作为权值的无向图，将这一地图信息用数组记录；
当两个站点间有可行路径时，用数组DIS记录两个站点间的距离信息如下：
DIS[Landmark1,Landmark2]＝DIS[Landmark2,Landmark1]＝Dis (1)
Landmark1和Landmark2分别表示两个不同的地标号码，Dis表示两个站点之间的距离值；
当两个站点之间没有可行路径时，记两个站点间距离为无穷大：
DIS[Landmark1,Landmark2]＝DIS[Landmark2,Landmark1]＝INF (2)
INF表示无穷大；
步骤1.2、建立笛卡尔坐标系，得到每一个站点的坐标位置，同时将位置信息用数组Pos记入，如下：
Pos[Landmark][0]＝x0 (3)
Pos[Landmark][1]＝y0 (4)
Landmark表示站点的地标号码，x0和y0是站点在笛卡尔坐标系的坐标值，数组Pos中的[0]和[1]分别对应笛卡尔坐标系的x和y坐标；
所述步骤2，起始站点和终止站点选择，起始站点记为LandmarkS，终止站点记为LandmarkE；
所述步骤3，路径规划和路径记忆，包括以下子步骤：
步骤3.1、路径规划时，Dijkstra算法通过对路径树的遍历，可以规划出AGV从起始节点运行到终点节点的最短路径，表示为：
LandmarkS,Landmark1,Landmark2...LandmarkE；
步骤3.2、路径记忆时，调度系统用数组记录每辆AGV刚经过上一个站点和未来的下两个站点，将AGV刚经过的上一个站点记为LandL，未来的第一个站点记为LandN，未来的第二个站点记为LandNN；当AGV通过一个新的站点后，将LandL，LandN和LandNN进行一次更新；
所述步骤4，交叉口分流控制，包括以下子步骤：
步骤4.1、计算AGV通过交叉路口的转角输入，用于控制AGV转向；
若交叉的两条路线P1(x1,y1)—P2(x2,y2)和P2(x2,y2)—P3(x3,y3)都为直线时，AGV在当前路线的朝向角度α可以通过以下公式得到：
α＝actan[(y2-y1)/(x2-x1)] (5)
其中，P1(x1,y1)，P2(x2,y2)和P3(x3,y3)表示站点坐标；
AGV在下一段路线将要产生的朝向角度β可以通过以下公式得到：
β＝actan[(y3-y2)/(x3-x2)] (6)
因此，AGV通过交叉点的转角输入θ可以通过以下公式得到：
θ＝α-β (7)
θ＞0时AGV需要逆时针旋转，θ＜0时AGV需要顺时针旋转；
当交叉的两条路线为曲线时，在曲线上贴上地标，利用地标与交叉口之间的连线代替曲线，根据式(5)-(7)计算AGV在交叉口的转角输入θ；
步骤4.2、交叉口分流控制，在交叉点对线路进行延伸得到延伸站点，延伸站点作为AGV在交叉口分流时的临时停靠站点，不会对Dijkstra算法计算最短路径的结果产生影响，用数组Sign记录延伸站点，若站点Landmark1和Landmark2的延伸站点为Landmark3，则记为：
Sign[Landmark1，Landmark2]＝Landmark3 (8)
当两辆AGV在同一个交叉口相遇时，假设其中一辆AGV为AGV1，另外一辆AGV为AGV2，两辆AGV对应的路径记忆表示为：
AGV1.LandL,AGV1.LandN,AGV1.LandNN；
AGV2.LandL,AGV2.LandN,AGV2.LandNN；
调度系统记录AGV在两个站点之间的行驶时间，记为Time，Time值可以通过当前时间减去上一次经过站点的绝对时间值得到，当AGV经过一个站点之后，Time会自动清零；两辆AGV在相应站点间的行驶时间记为：
AGV1.Time,AGV2.Time；
两辆AGV相遇的条件为：AGV1的下一站点与AGV2的下一站点为同一站点O，可以表示为：
AGV1.LandN＝AGV2.LandN＝O；
基于以上相遇条件，当发生如下条件1时：
AGV1规划的未来的第二个站点是AGV2刚经过的站点C，同时AGV2规划的未来的第二个站点是AGV1刚经过的站点A，可以表示为：
AGV1.LandL＝AGV2.LandNN＝A；
AGV2.LandL＝AGV1.LandNN＝C；
调度系统将会检测两个AGV将会在同一路线相向而行，路径存在冲突，调度系统此时会在交叉口进行交叉分流运行控制，根据以下规则进行分流：
首先AGV1和AGV2均停止运行；然后Time值小的AGV开始运行，假设AGV1.Time<AGV2.Time，则AGV1先运行，同时根据式(8)得到临时停靠站点N，路径规划算法将AGV1之前的路径
LandmarkS,..A,O,C...LandmarkE
变更为LandmarkS,..A,O,N,O,C...LandmarkE；
同时之前记忆的路径
AGV1.LandL＝A,AGV1.LandN＝O,AGV1.LandNN＝C
改为AGV1.LandL＝A,AGV1.LandN＝O,AGV1.LandNN＝N；
当AGV1到临时停靠站点N，AGV2开始运行并按原路径依次通过站点O和站点A，在AGV2通过站点O后，AGV1随即从站点N返回并按新路径运行依次通过站点O和站点C；
发生如下条件2时：
AGV2规划的未来的第二个站点是AGV1刚经过的站点A，AGV1规划的未来的第二个站点为站点B，可以表示为：
AGV1.LandL＝AGV2.LandNN＝A；
AGV1.LandNN＝B；
调度系统将会检测到AGV2将会在站点O到站点A的路段与AGV1路线冲突，但是AGV1从站点O到站点B的路段和AGV2路线没有冲突，分流方法为：
AGV2先停止运行，AGV1继续运行当其经过节点O时，AGV2开始运行并按原始路径行驶；
发生如下条件3时：AGV1与AGV2不存在路线重合，可以表示为：
AGV1.LandL≠AGV2.LandNN；
AGV2.LandL≠AGV1.LandNN；
分流方法为：
Time最大的AGV先运行，其他AGV停止运行，当Time值最大的AGV运行通过交叉点时，其他AGV继续根据交叉口分流原则运行；
步骤4.3、交叉口扩展堆栈结构分流控制，当出现超过两辆AGV在同一交叉口相遇时，先根据Time值从小到大的顺序依次进入的交叉点临时停靠站点，最后的两辆AGV根据步骤4.2来进行分流控制，最后在临时停靠站点的AGV根据堆栈结构先进后出的原理依次从临时停靠站点通过交叉点驶回原来路径；
所述步骤5，AGV运行和监控，调度系统实时监控AGV的运行状态，当出现突发情况时，调度系统可以发出对所有AGV停止运行的命令，减少损失。
本发明的有益效果是：本发明提出一种在Dijkstra算法上增加路径记忆的AGV交叉口分流控制方法，在规划最短路径的同时可以保证不会有多台AGV在交叉口发生碰撞，同时能够使提高AGV的运行效率；本方法和其他的调度算法相比具有成本低廉，适应性强，推广容易的特点，算法适用于多种导航类型的AGV，包括基于电磁导航，惯性导航，和激光导航的AGV车。
附图说明
图1是本方法的控制逻辑示意图。
图2是直线交叉口转角计算示意图。
图3是曲线交叉口转角计算示意图。
图4是AGV交叉口分流示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
图1是本发明一种AGV调度和交叉口分流控制方法的逻辑示意图，该方法包括1AGV运行地图建立、2起始站点和终止站点选择、3路径规划和路径记忆、4交叉口分流控制、5AGV运行和监控；
1AGV运行地图建立，包括两部分：1.1用数组记录站点距离；1.2建立笛卡尔坐标系；
在1.1部分中，为工厂每个站点设置地标并保证地标的唯一性，将地标与地标间的距离作为权值的无向图，将这一地图信息用数组记录；
当两个站点间有可行路径时，用数组DIS记录两个站点间的距离信息如下：
DIS[Landmark1,Landmark2]＝DIS[Landmark2,Landmark1]＝Dis (1)
Landmark1和Landmark2分别表示两个不同的地标号码，Dis表示两个站点之间的距离值；
当两个站点之间没有可行路径时，记两个站点间距离为无穷大：
DIS[Landmark1,Landmark2]＝DIS[Landmark2,Landmark1]＝INF (2)
INF表示无穷大；
在1.2部分中，建立笛卡尔坐标系，得到每一个站点的坐标位置，同时将位置信息用数组Pos记入，如下：
Pos[Landmark][0]＝x0 (3)
Pos[Landmark][1]＝y0 (4)
Landmark表示站点的地标号码，x0和y0是站点在笛卡尔坐标系的坐标值，数组Pos中的[0]和[1]分别对应笛卡尔坐标系的x和y坐标；
2起始站点和终止站点选择，起始站点记为LandmarkS，终止站点记为LandmarkE；
3路径规划和路径记忆，包括两部分：3.1路径规划；3.2路径记忆；
在3.1部分中，Dijkstra算法通过对路径树的遍历，可以规划出AGV从起始节点运行到终点节点的最短路径，表示为：
LandmarkS,Landmark1,Landmark2...LandmarkE；
在3.2部分中，调度系统用数组记录每辆AGV刚经过上一个站点和未来的下两个站点，将AGV刚经过的上一个站点记为LandL，未来的第一个站点记为LandN，未来的第二个站点记为LandNN；当AGV通过一个新的站点后，将LandL，LandN和LandNN进行一次更新；
4交叉口分流控制，包括三部分：4.1计算AGV转角；4.2交叉口分流控制；4.3交叉口扩展堆栈结构分流控制；
在4.1部分中，计算AGV通过交叉路口的转角输入，用于控制AGV转向；
如图2，若交叉的两条路线P1(x1,y1)—P2(x2,y2)和P2(x2,y2)—P3(x3,y3)都为直线时，AGV在当前路线的朝向角度α可以通过以下公式得到：
α＝actan[(y2-y1)/(x2-x1)] (5)
其中，P1(x1,y1)，P2(x2,y2)和P3(x3,y3)表示站点坐标；
AGV在下一段路线将要产生的朝向角度β可以通过以下公式得到：
β＝actan[(y3-y2)/(x3-x2)] (6)
因此，AGV通过交叉点的转角输入θ可以通过以下公式得到：
θ＝α-β (7)
θ＞0时AGV需要逆时针旋转，θ＜0时AGV需要顺时针旋转；
如图3，当交叉的两条路线为曲线时，在曲线上贴上地标，利用地标P1(x1,y1)和P3(x3,y3)与交叉口P2(x2,y2)之间的连线代替曲线，根据式(5)-(7)计算AGV在交叉口的转角输入θ；
在4.2部分中，在交叉点对线路进行延伸得到延伸站点，延伸站点作为AGV在交叉口分流时的临时停靠站点，不会对Dijkstra算法计算最短路径的结果产生影响，用数组Sign记录延伸站点，若站点Landmark1和Landmark2的延伸站点为Landmark3，则记为：
Sign[Landmark1，Landmark2]＝Landmark3 (8)
当两辆AGV在同一个交叉口相遇时，假设其中一辆AGV为AGV1，另外一辆AGV为AGV2，两辆AGV对应的路径记忆表示为：
AGV1.LandL,AGV1.LandN,AGV1.LandNN；
AGV2.LandL,AGV2.LandN,AGV2.LandNN；
调度系统记录AGV在两个站点之间的行驶时间，记为Time，Time值可以通过当前时间减去上一次经过站点的绝对时间值得到，当AGV经过一个站点之后，Time会自动清零；两辆AGV在相应站点间的行驶时间记为：
AGV1.Time,AGV2.Time；
如图4，两辆AGV相遇的条件为：AGV1的下一站点与AGV2的下一站点为同一站点O，可以表示为：
AGV1.LandN＝AGV2.LandN＝O；
基于以上相遇条件，当发生如下条件1时：
如图4，AGV1规划的未来的第二个站点是AGV2刚经过的站点C，同时AGV2规划的未来的第二个站点是AGV1刚经过的站点A，可以表示为：
AGV1.LandL＝AGV2.LandNN＝A；
AGV2.LandL＝AGV1.LandNN＝C；
调度系统将会检测两个AGV将会在同一路线相向而行，路径存在冲突，调度系统此时会在交叉口进行交叉分流运行控制，根据以下规则进行分流：
首先AGV1和AGV2均停止运行；然后Time值小的AGV开始运行，假设AGV1.Time<AGV2.Time，则AGV1先运行，同时根据式(8)得到临时停靠站点N，如图4，路径规划算法将AGV1之前的路径
LandmarkS,..A,O,C...LandmarkE
变更为LandmarkS,..A,O,N,O,C...LandmarkE；
同时之前记忆的路径
AGV1.LandL＝A,AGV1.LandN＝O,AGV1.LandNN＝C
改为AGV1.LandL＝A,AGV1.LandN＝O,AGV1.LandNN＝N；
当AGV1到临时停靠站点N，AGV2开始运行并按原路径依次通过站点O和站点A，在AGV2通过站点O后，AGV1随即从站点N返回并按新路径运行依次通过站点O和站点C；
发生如下条件2时：
如图4，AGV2规划的未来的第二个站点是AGV1刚经过的站点A，AGV1规划的未来的第二个站点为站点B，可以表示为：
AGV1.LandL＝AGV2.LandNN＝A
AGV1.LandNN＝B
调度系统将会检测到AGV2将会在站点O到站点A的路段与AGV1路线冲突，但是AGV1从站点O到站点B的路段和AGV2路线没有冲突，分流方法为：
AGV2先停止运行，AGV1继续运行当其经过节点O时，AGV2开始运行并按原始路径行驶；
发生如下条件3时：AGV1与AGV2不存在路线重合，可以表示为：
AGV1.LandL≠AGV2.LandNN
AGV2.LandL≠AGV1.LandNN
分流方法为：
Time最大的AGV先运行，其他AGV停止运行，当Timee值最大的AGV运行通过交叉点时，其他AGV继续根据交叉口分流原则运行；
在4.3部分中，当出现超过两辆AGV在同一交叉口相遇时，先根据Time值从小到大的顺序依次进入的交叉点临时停靠站点，最后的两辆AGV根据步骤4.2来进行分流控制，最后在临时停靠站点的AGV根据堆栈结构先进后出的原理依次从临时停靠站点通过交叉点驶回原来路径；
5AGV运行和监控，调度系统实时监控AGV的运行状态，当出现突发情况时，调度系统可以发出对所有AGV停止运行的命令，减少损失。

Claims (1)

1.一种AGV调度和交叉口分流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1AGV运行地图建立；2起始站点和终止站点选择；3路径规划和路径记忆；4交叉口分流控制；5AGV运行和监控；
所述步骤1，AGV运行地图建立，包括以下子步骤：
步骤1.1、用数组记录站点距离，为工厂每个站点设置地标并保证地标的唯一性，将地标与地标间的距离作为权值的无向图，将这一地图信息用数组记录；
当两个站点间有可行路径时，用数组DIS记录两个站点间的距离信息如下：
DIS[Landmark1,Landmark2]＝DIS[Landmark2,Landmark1]＝Dis (1)
Landmark1和Landmark2分别表示两个不同的地标号码，Dis表示两个站点之间的距离值；
当两个站点之间没有可行路径时，记两个站点间距离为无穷大：
DIS[Landmark1,Landmark2]＝DIS[Landmark2,Landmark1]＝INF (2)
INF表示无穷大；
步骤1.2、建立笛卡尔坐标系，得到每一个站点的坐标位置，同时将位置信息用数组Pos记入，如下：
Pos[Landmark][0]＝x0 (3)
Pos[Landmark][1]＝y0 (4)
Landmark表示站点的地标号码，x0和y0是站点在笛卡尔坐标系的坐标值，数组Pos中的[0]和[1]分别对应笛卡尔坐标系的x和y坐标；
所述步骤2，起始站点和终止站点选择，起始站点记为LandmarkS，终止站点记为LandmarkE；
所述步骤3，路径规划和路径记忆，包括以下子步骤：
步骤3.1、路径规划时，Dijkstra算法通过对路径树的遍历，可以规划出AGV从起始节点运行到终点节点的最短路径，表示为：
LandmarkS,Landmark1,Landmark2...LandmarkE；
步骤3.2、路径记忆时，调度系统用数组记录每辆AGV刚经过上一个站点和未来的下两个站点，将AGV刚经过的上一个站点记为LandL，未来的第一个站点记为LandN，未来的第二个站点记为LandNN；当AGV通过一个新的站点后，将LandL，LandN和LandNN进行一次更新；
所述步骤4，交叉口分流控制，包括以下子步骤：
步骤4.1、计算AGV通过交叉路口的转角输入，用于控制AGV转向；
若交叉的两条路线P1(x1,y1)—P2(x2,y2)和P2(x2,y2)—P3(x3,y3)都为直线时，AGV在当前路线的朝向角度α可以通过以下公式得到：
α＝actan[(y2-y1)/(x2-x1)] (5)
其中，P1(x1,y1)，P2(x2,y2)和P3(x3,y3)表示站点坐标；
AGV在下一段路线将要产生的朝向角度β可以通过以下公式得到：
β＝actan[(y3-y2)/(x3-x2)] (6)
因此，AGV通过交叉点的转角输入θ可以通过以下公式得到：
θ＝α-β (7)
θ＞0时AGV需要逆时针旋转，θ＜0时AGV需要顺时针旋转；
当交叉的两条路线为曲线时，在曲线上贴上地标，利用地标与交叉口之间的连线代替曲线，根据式(5)-(7)计算AGV在交叉口的转角输入θ；
步骤4.2、交叉口分流控制，在交叉点对线路进行延伸得到延伸站点，延伸站点作为AGV在交叉口分流时的临时停靠站点，不会对Dijkstra算法计算最短路径的结果产生影响，用数组Sign记录延伸站点，若站点Landmark1和Landmark2的延伸站点为Landmark3，则记为：
Sign[Landmark1，Landmark2]＝Landmark3 (8)
当两辆AGV在同一个交叉口相遇时，假设其中一辆AGV为AGV1，另外一辆AGV为AGV2，两辆AGV对应的路径记忆表示为：
AGV1.LandL,AGV1.LandN,AGV1.LandNN；
AGV2.LandL,AGV2.LandN,AGV2.LandNN；
调度系统记录AGV在两个站点之间的行驶时间，记为Time，Time值可以通过当前时间减去上一次经过站点的绝对时间值得到，当AGV经过一个站点之后，Time会自动清零；两辆AGV在相应站点间的行驶时间记为：
AGV1.Time,AGV2.Time；
两辆AGV相遇的条件为：AGV1的下一站点与AGV2的下一站点为同一站点O，可以表示为：
AGV1.LandN＝AGV2.LandN＝O；
基于以上相遇条件，当发生如下条件1时：
AGV1规划的未来的第二个站点是AGV2刚经过的站点C，同时AGV2规划的未来的第二个站点是AGV1刚经过的站点A，可以表示为：
AGV1.LandL＝AGV2.LandNN＝A；
AGV2.LandL＝AGV1.LandNN＝C；
调度系统将会检测两个AGV将会在同一路线相向而行，路径存在冲突，调度系统此时会在交叉口进行交叉分流运行控制，根据以下规则进行分流：
首先AGV1和AGV2均停止运行；然后Time值小的AGV开始运行，假设AGV1.Time<AGV2.Time，则AGV1先运行，同时根据式(8)得到临时停靠站点N，路径规划算法将AGV1之前的路径
LandmarkS,..A,O,C...LandmarkE
变更为LandmarkS,..A,O,N,O,C...LandmarkE；
同时之前记忆的路径
AGV1.LandL＝A,AGV1.LandN＝O,AGV1.LandNN＝C
改为
AGV1.LandL＝A,AGV1.LandN＝O,AGV1.LandNN＝N；
当AGV1到临时停靠站点N，AGV2开始运行并按原路径依次通过站点O和站点A，在AGV2通过站点O后，AGV1随即从站点N返回并按新路径运行依次通过站点O和站点C；
发生如下条件2时：
AGV2规划的未来的第二个站点是AGV1刚经过的站点A，AGV1规划的未来的第二个站点为站点B，可以表示为：
AGV1.LandL＝AGV2.LandNN＝A；
AGV1.LandNN＝B；
调度系统将会检测到AGV2将会在站点O到站点A的路段与AGV1路线冲突，但是AGV1从站点O到站点B的路段和AGV2路线没有冲突，分流方法为：
AGV2先停止运行，AGV1继续运行当其经过节点O时，AGV2开始运行并按原始路径行驶；
发生如下条件3时：AGV1与AGV2不存在路线重合，可以表示为：
AGV1.LandL≠AGV2.LandNN；
AGV2.LandL≠AGV1.LandNN；
分流方法为：
Time最大的AGV先运行，其他AGV停止运行，当Time值最大的AGV运行通过交叉点时，其他AGV继续根据交叉口分流原则运行；
步骤4.3、交叉口扩展堆栈结构分流控制，当出现超过两辆AGV在同一交叉口相遇时，先根据Time值从小到大的顺序依次进入的交叉点临时停靠站点，最后的两辆AGV根据步骤4.2来进行分流控制，最后在临时停靠站点的AGV根据堆栈结构先进后出的原理依次从临时停靠站点通过交叉点驶回原来路径；
所述步骤5，AGV运行和监控，调度系统实时监控AGV的运行状态，当出现突发情况时，调度系统可以发出对所有AGV停止运行的命令，减少损失。
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