一種基于單雙向混合路徑的多AGV調度系統的制作方法

本發明涉及工業自動化的自動輸送裝備和調度領域，具體涉及一種基于單雙向混合路徑的多agv調度系統。

背景技術：

自動導引運輸車(automatedguidedvehicle)，是指具備自動引導裝置，能沿規定路徑行駛，具備自動化物料搬運功能的運輸車，是實現智慧車間和推進工業4.0的關鍵設備。agvs系統由多臺agv及主控制系統調度軟件組成，是一種可根據任務變更路徑的物料搬運系統，提高生產的柔性和生產效率。廣泛應用于汽車制造、機場搬運、鋰電池生產等物料搬運場所。

實際生產系統中agv調度系統廣泛采用單向引導路徑網絡布局，在單向引導路徑中每條路徑的方向是固定的，這樣設計降低了系統發生堵塞和死鎖的可能性。然而由于單向引導路徑的每條路徑方向固定，使agv行駛距離增大，降低了系統的靈活性。現有的agv調度系統，這種調度系統即為單向引導路徑網絡布局，這種控制系統關系清晰，易于實現，但是系統的柔性和故障處理的魯棒性不佳，同時增加了agv行駛距離，一般只能用于小規模的agv系統。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種基于單雙向混合路徑的多agv調度系統。

本發明采用如下技術方案：

本發明單雙向引導路徑網絡布局中，單向邊是指改邊只能從指定端進入，從另一端離開，雙向邊則可以從任何一端進入，路徑節點是指每條邊的相交點。本發明對網絡布局的要求是：所有路徑節點最多只存在一條雙向邊與之相連，即不存在兩條雙向邊相鄰的情況，雙向邊只能跟單向邊相鄰，單向邊可以存在相鄰情況。引入rfid標簽定位，對系統中所有agv的位置進行監控，并反饋至集中式主控主控制系統，由主控制系統對系統中所有設備進行統一調度。利用兩階段動態規劃策略：離線階段——通過agv調度系統結合現場實際情況實時對多agv生成離線路徑，在線階段——agv實時反饋位置信息，通過點邊防沖突算法避免多agv之間的沖突。每臺agv擁有一定的自治能力，能夠完成巡線行駛、移載裝置作業、故障報警等事件的處理。該系統對agv單機的設計要求不高，且每臺agv與調度系統之間的通訊量小。該系統具有故障處理魯棒性強、靈活性高、系統穩定、適用于空間狹小的車間的優點。

一種基于單雙向混合路徑的多agv調度系統，包括主控制系統、多條引導軌道及多個agv小車，

所述每條引導軌道兩端各設置一個rfid標簽作為標識卡，并設置不同編號寫入主控制系統中，按照agv行駛方向，確認引導軌道上的第一張為開始標識卡，第二張為結束標識卡；

所述引導軌道與引導軌道的連接點稱為路徑節點，每個路徑節點設置rfid標簽，且具有相同編號，所述引導軌道包括雙向引導軌道及單向引導軌道，所述每個路徑節點只與一條雙向引導軌道連接；

每個路徑節點設置的相同編號的rfid標簽作為執行卡，agv小車讀取到執行卡時，則執行主控制系統發送的左轉、右轉、直行或后退命令；

在各站點放置編號不同的rfid標簽作為站點卡，agv小車讀取到站點卡，則停止，所述站點即為停止點；

所述agv小車底部設置rfid閱讀器，用于讀取引導軌道上各rfid標簽信息及相應的編號發送主控制系統，主控制系統根據任務分配，確定起點及終點，然后通過a*算法計算出離線路徑節點信息，并將路徑節點信息轉換成每張rfid標簽對應的命令信息發送給agv小車，agv小車讀取到引導軌道兩端的rfid卡時，將其相應編號存入agv小車，當agv小車讀取到執行卡時，執行上次存入agv小車的rfid標簽卡所對應的命令；

在線階段，agv小車實時發送讀取到的rfid標簽信息給主控制系統，主控制系統根據點邊防沖突算法預防多agv小車之間的沖突。

所述路徑節點信息轉換成每張rfid標簽對應的命令信息發送給agv小車，具體包括如下步驟：

(1)根據實際的引導軌道連接及agv小車的起點及終點，設置有向圖模型，確定模型與實際軌道連接的上下左右方向一致，令n從0開始；

(2)取路徑節點信息中的第n和n+1個路徑節點組成的始發邊與第n+1和n+2個節點組成的到達邊進行對比，判斷從始發邊到到達邊應該左轉還是右轉還是直行，得到agv小車在第n和n+1個節點組成的邊的結束標識卡對應的命令，繼續執行第3步驟；

(3)將n增加1，繼續執行第2步驟。

所述基于點邊防沖突算法的多agv沖突預防方法，包括如下步驟：

(1)根據有向圖模型，在主控制系統上建立每個節點和每條雙向邊的agv小車等待隊列；

(2)agv小車讀取到rfid標簽時，將卡號信息發送給主控制系統，如果讀取到的是開始標識卡則執行第6步驟，讀取到的是結束標識卡則執行第3步驟；

(3)若該agv小車將要去的下一條邊為雙向邊，則執行第4步驟，否則執行第5步驟；

(4)主控制系統查詢與該結束標識卡相鄰節點的agv等待隊列，同時查詢下一條邊的agv等待隊列，如果該節點和該邊的agv等待隊列中都沒有agv小車，則將該agv小車添加到該節點和該邊的agv等待隊列中，主控制系統不發送任何指令，該agv繼續前進，否則主控制系統發送指令讓該agv立馬停止，將該agv添加到該節點和該邊的agv等待隊列中，然后執行第2步驟；

(5)主控制系統查詢與該結束標識卡相鄰節點的agv等待隊列，如果該節點的agv等待隊列中沒有agv小車，則主控制系統不發送任何指令，該agv繼續前進，將該agv小車添加到該節點和該邊的agv等待隊列中，否則主控制系統發送指令讓該agv立馬停止，將該agv添加到該節點和該邊的agv等待隊列中，然后執行第2步驟；

(6)若該agv經過的上一條邊為雙向邊，則執行第7步驟，否則執行第8步驟；

(7)解除該agv小車對該節點和該邊的占用，在該節點和該邊的agv等待隊列中刪除該agv，執行第9步驟；

(8)解除該agv小車對該節點的占用，在該節點的agv等待隊列中刪除該agv，執行第10步驟；

(9)查詢該節點的agv等待隊列中的第一個agv是否還存在其他雙向邊的agv等待隊列中，如果存在且不排在等待隊列中的第一位，則該agv小車繼續等待，否則主控制系統發送啟動命令給該agv小車；同時查詢該邊的agv等待隊列中的第一個agv是否還存在其他節點的agv等待隊列中，如果存在且不排在等待隊列中的第一位，則該agv小車繼續等待，否則主控制系統發送啟動命令給該agv小車，然后執行第2步驟；

(10)查詢該節點的agv等待隊列中的第一個agv是否還存在其他雙向邊的agv等待隊列中，如果存在且不排在等待隊列中的第一位，則該agv小車繼續等待，否則主控制系統發送啟動命令給該agv小車，然后執行第2步驟。

所述站點設置上料區、卸料區及充電區。

所述主控制系統包括無線接收模塊，調度模塊及無線發送模塊。

路徑節點信息轉換成每張rfid標簽對應的命令信息發送給agv小車，具體轉換步驟為：

(1)令n為0，(n)x表示第n個節點的x坐標，(n)y表示第n個節點的y坐標，繼續執行第2步驟；

(2)比較第n和n+1個節點，若(n)x＝(n+1)x，則執行第3步驟，若(n)y＝(n+1)y，則執行第6步驟；

(3)若(n)y>(n+1)y,則執行第4步驟，否則執行第5步驟；

(4)若(n+1)x＝(n+2)x，則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為直行；若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x>(n+2)x,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為左轉，若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x<(n+2)x,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為右轉，繼續執行第9步驟；

(5)若(n+1)x＝(n+2)x，則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為直行；若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x>(n+2)x,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為右轉，若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x<(n+2)x,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為左轉，繼續執行第9步驟；

(6)若(n)x>(n+1)x,則執行第8步驟，否則執行第7步驟；

(7)若(n+1)y＝(n+2)y，則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為直行；若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y>(n+2)y,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為左轉，若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y<(n+2)y,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為右轉，繼續執行第9步驟；

(8)若(n+1)y＝(n+2)y，則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為直行；若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y>(n+2)y,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為右轉，若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y<(n+2)y,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為左轉，繼續執行第9步驟；

(9)若n為路徑節點數減2，則停止，否則n加1后繼續執行第2步驟。

本發明的有益效果：

(1)傳統調度系統對單向引導軌跡支持比較好，由于單向引導軌跡的每條路徑方向固定，使agv行駛距離增加，降低了系統的靈活性。本發明提出基于單雙向混合路徑的調度系統，采用點邊防沖突算法解決了多agv之間的沖突問題，提升了系統的靈活性；

(2)本發明提出一種新的rfid布置方式，使agv能夠實現直角轉彎，降低了agv轉彎需要的空間，適用于空間狹小的車間；

(3)提出的調度系統對agv單機的設計要求不高，降低了開發成本。agv小車可執行離線命令進行巡線行駛，agv小車只需向主控制系統層反饋位置信息，減少了系統無線通訊層的負擔，增強了系統的可擴展性；

(4)容錯性，主控制系統層通過保存agv小車路徑信息和標識卡分布信息，便可知道agv小車從起點到終點會讀取到的標識卡，如果agv小車受干擾丟失讀卡信號，主控制系統層可進行自動補全，這樣便不會對點邊防沖突系統產生影響。

附圖說明

圖1是本發明實施例的引導軌道連接圖；

圖2是本發明的a*算法流程圖；

圖3是本發明的點邊防沖突算法流程圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例

如圖1所示，一種基于單雙向混合路徑的多agv調度系統，包括主控制系統、多條引導軌道及多個agv小車，所述引導軌道與引導軌道的連接點為路徑節點，圖1中引導軌道為磁帶軌道，所述主控制系統包括無線接收模塊、調度模塊及無線發送模塊。

每條引導軌道兩端各設置一個rfid標簽作為標識卡，并設置不同編號寫入主控制系統中，按照agv行駛方向，確認引導軌道上的第一張rfid標簽為開始標識卡，第二張rfid標簽為結束標識卡；

所述引導軌道與引導軌道的連接點稱為路徑節點，每個路徑節點設置rfid標簽，且具有相同編號，一定與引導軌道兩端的標識卡的編號不同，所述引導軌道包括雙向引導軌道及單向引導軌道，所述每個路徑節點只與一條雙向引導軌道連接，即不存在兩條雙向邊連接的情況。

每個路徑節點設置的相同編號的rfid標簽作為執行卡，agv小車讀取到執行卡時，則執行主控制系統發送的左轉、右轉、直行或后退命令；

在各站點放置編號不同的rfid標簽作為站點卡，agv小車讀取到站點卡，則停止，所述站點即為停止點，所述各站點設置上料區、卸料區及充電區等等。

如圖1所示，本實施例中站點均設置在雙向邊，標識卡1及標識卡2所在邊為單向邊，標識卡1為開始標識卡，標識卡2為結束標識卡，標識卡3及標識卡4所在邊為雙向邊，所述標識卡5、7、8、9、10所標識的地方為站點，agv小車讀取到相應站點卡則立刻停止，標識卡6為執行卡，設置在路徑節點上，agv小車讀取到執行卡信息立刻執行上次讀取到的rfid標簽對應的命令。

在調度模塊工作之前，根據實際的小車運動軌跡，將站點卡、節點卡及其與邊的對應關系，建立有向圖模型。

如圖2所示，在調度模塊使用時，agv小車設置rfid標簽閱讀器，讀取到標識卡，主控制系統確定agv小車所在位置，根據任務分配確定agv小車的終點，通過通過a*算法計算出離線路徑節點信息，并將路徑節點信息轉換成每張rfid標簽對應的命令信息發送給agv小車，具體為：

(1)對現場引導軌跡建立有向圖模型，得到有向圖鄰接矩陣，然后執行第2步驟；

(2)把起點a放進open列表中，繼續執行第3步驟。

(3)在鄰接矩陣中尋找從該節點可到達的節點，跳過在close列表中的節點，若這些節點已經在open列表中，則執行第5步驟，否則執行第4步驟；

(4)將上述節點加入open列表中，計算上述每個可達節點到終點的歐幾里德距離作為h值，h(n)＝sqrt((dx-nx)²+(dy-ny)²)，計算起點到上述每個可達節點的g值，則上述每個可達節點的權值為，f(n)＝g(n)+h(n)，該節點作為上述節點的父節點，從open列表中刪除該節點，將該節點加入close列表，然后執行第6步驟；

(5)計算上述每個可達節點到終點的歐幾里德距離作為h值，h(n)＝sqrt((dx-nx)²+(dy-ny)²)，計算起點到上述每個可達節點的g值，則上述每個可達節點的權值為，f(n)＝g(n)+h(n)，若現在權值小于原來權值，則將該節點作為上述節點的父節點，更新權值，否則不執行任何動作，然后執行第6步驟；

(6)在open列表中尋找f值最低的節點，若該節點為終點，則結束算法，否則將該節點從open列表中刪除，然后再加入到close列表中，然后執行第3步驟。

所述路徑節點信息轉換成每張rfid標簽對應的命令信息發送給agv小車，包括如下步驟：

(1)令n為0，(n)x表示第n個節點的x坐標，(n)y表示第n個節點的y坐標，繼續執行第2步驟；

(2)比較第n和n+1個節點，若(n)x＝(n+1)x，則執行第3步驟，若(n)y＝(n+1)y，則執行第6步驟；

(3)若(n)y>(n+1)y,則執行第4步驟，否則執行第5步驟；

(4)若(n+1)x＝(n+2)x，則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為直行；若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x>(n+2)x,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為左轉，若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x<(n+2)x,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為右轉，繼續執行第9步驟；

(5)若(n+1)x＝(n+2)x，則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為直行；若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x>(n+2)x,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為右轉，若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x<(n+2)x,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為左轉，繼續執行第9步驟；

(6)若(n)x>(n+1)x,則執行第8步驟，否則執行第7步驟；

(7)若(n+1)y＝(n+2)y，則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為直行；若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y>(n+2)y,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為左轉，若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y<(n+2)y,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為右轉，繼續執行第9步驟；

(8)若(n+1)y＝(n+2)y，則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為直行；若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y>(n+2)y,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為右轉，若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y<(n+2)y,則第n和n+1節點組成的邊的結束標識卡對應命令為左轉，繼續執行第9步驟；

(9)若n為路徑節點數減2，則停止，否則n加1后繼續執行第2步驟。

將該agv小車的標識卡對應命令信息通過無線發射模塊發送給agv小車，agv小車開始巡線行駛，當讀取到標識卡時，反饋給調度模塊，調度模塊通過點邊防沖突算法查詢該agv小車是否產生將會產生沖突，如果需要該agv小車等待，則立馬發送指令讓該agv小車停止，沖突解決后，讓該agv小車繼續行駛。當讀取到執行卡時，agv小車查詢本地數據庫，執行上次讀取到的標識卡對應的命令。當agv讀取到站點卡時，確認是否到達相應站點，執行相應動作。

如圖3所示，所述基于點邊防沖突算法的多agv沖突預防方法，包括如下步驟：

(1)根據有向圖模型，在主控制系統上建立每個節點和每條雙向邊的agv小車等待隊列；

(2)agv小車讀取到rfid標簽時，將卡號信息發送給主控制系統，如果讀取到的是開始標識卡則執行第6步驟，讀取到的是結束標識卡則執行第3步驟；

(3)若該agv小車將要去的下一條邊為雙向邊，則執行第4步驟，否則執行第5步驟；

(4)主控制系統查詢與該結束標識卡相鄰節點的agv等待隊列，同時查詢下一條邊的agv等待隊列，如果該節點和該邊的agv等待隊列中都沒有agv小車，則將該agv小車添加到該節點和該邊的agv等待隊列中，主控制系統不發送任何指令，該agv繼續前進，否則主控制系統發送指令讓該agv立馬停止，將該agv添加到該節點和該邊的agv等待隊列中，然后執行第2步驟；

(5)主控制系統查詢與該結束標識卡相鄰節點的agv等待隊列，如果該節點的agv等待隊列中沒有agv小車，則主控制系統不發送任何指令，該agv繼續前進，將該agv小車添加到該節點和該邊的agv等待隊列中，否則主控制系統發送指令讓該agv立馬停止，將該agv添加到該節點和該邊的agv等待隊列中，然后執行第2步驟；

(6)若該agv經過的上一條邊為雙向邊，則執行第7步驟，否則執行第8步驟；

(7)解除該agv小車對該節點和該邊的占用，在該節點和該邊的agv等待隊列中刪除該agv，執行第9步驟；

(8)解除該agv小車對該節點的占用，在該節點的agv等待隊列中刪除該agv，執行第10步驟；

(9)查詢該節點的agv等待隊列中的第一個agv是否還存在其他雙向邊的agv等待隊列中，如果存在且不排在等待隊列中的第一位，則該agv小車繼續等待，否則主控制系統發送啟動命令給該agv小車；同時查詢該邊的agv等待隊列中的第一個agv是否還存在其他節點的agv等待隊列中，如果存在且不排在等待隊列中的第一位，則該agv小車繼續等待，否則主控制系統發送啟動命令給該agv小車，然后執行第2步驟；

(10)查詢該節點的agv等待隊列中的第一個agv是否還存在其他雙向邊的agv等待隊列中，如果存在且不排在等待隊列中的第一位，則該agv小車繼續等待，否則主控制系統發送啟動命令給該agv小車，然后執行第2步驟。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。