一种基于单双向混合路径的多AGV调度系统的制作方法

本发明涉及工业自动化的自动输送装备和调度领域，具体涉及一种基于单双向混合路径的多agv调度系统。

背景技术：

自动导引运输车(automatedguidedvehicle)，是指具备自动引导装置，能沿规定路径行驶，具备自动化物料搬运功能的运输车，是实现智慧车间和推进工业4.0的关键设备。agvs系统由多台agv及主控制系统调度软件组成，是一种可根据任务变更路径的物料搬运系统，提高生产的柔性和生产效率。广泛应用于汽车制造、机场搬运、锂电池生产等物料搬运场所。

实际生产系统中agv调度系统广泛采用单向引导路径网络布局，在单向引导路径中每条路径的方向是固定的，这样设计降低了系统发生堵塞和死锁的可能性。然而由于单向引导路径的每条路径方向固定，使agv行驶距离增大，降低了系统的灵活性。现有的agv调度系统，这种调度系统即为单向引导路径网络布局，这种控制系统关系清晰，易于实现，但是系统的柔性和故障处理的鲁棒性不佳，同时增加了agv行驶距离，一般只能用于小规模的agv系统。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于单双向混合路径的多agv调度系统。

本发明采用如下技术方案：

本发明单双向引导路径网络布局中，单向边是指改边只能从指定端进入，从另一端离开，双向边则可以从任何一端进入，路径节点是指每条边的相交点。本发明对网络布局的要求是：所有路径节点最多只存在一条双向边与之相连，即不存在两条双向边相邻的情况，双向边只能跟单向边相邻，单向边可以存在相邻情况。引入rfid标签定位，对系统中所有agv的位置进行监控，并反馈至集中式主控主控制系统，由主控制系统对系统中所有设备进行统一调度。利用两阶段动态规划策略：离线阶段——通过agv调度系统结合现场实际情况实时对多agv生成离线路径，在线阶段——agv实时反馈位置信息，通过点边防冲突算法避免多agv之间的冲突。每台agv拥有一定的自治能力，能够完成巡线行驶、移载装置作业、故障报警等事件的处理。该系统对agv单机的设计要求不高，且每台agv与调度系统之间的通讯量小。该系统具有故障处理鲁棒性强、灵活性高、系统稳定、适用于空间狭小的车间的优点。

一种基于单双向混合路径的多agv调度系统，包括主控制系统、多条引导轨道及多个agv小车，

所述每条引导轨道两端各设置一个rfid标签作为标识卡，并设置不同编号写入主控制系统中，按照agv行驶方向，确认引导轨道上的第一张为开始标识卡，第二张为结束标识卡；

所述引导轨道与引导轨道的连接点称为路径节点，每个路径节点设置rfid标签，且具有相同编号，所述引导轨道包括双向引导轨道及单向引导轨道，所述每个路径节点只与一条双向引导轨道连接；

每个路径节点设置的相同编号的rfid标签作为执行卡，agv小车读取到执行卡时，则执行主控制系统发送的左转、右转、直行或后退命令；

在各站点放置编号不同的rfid标签作为站点卡，agv小车读取到站点卡，则停止，所述站点即为停止点；

所述agv小车底部设置rfid阅读器，用于读取引导轨道上各rfid标签信息及相应的编号发送主控制系统，主控制系统根据任务分配，确定起点及终点，然后通过a*算法计算出离线路径节点信息，并将路径节点信息转换成每张rfid标签对应的命令信息发送给agv小车，agv小车读取到引导轨道两端的rfid卡时，将其相应编号存入agv小车，当agv小车读取到执行卡时，执行上次存入agv小车的rfid标签卡所对应的命令；

在线阶段，agv小车实时发送读取到的rfid标签信息给主控制系统，主控制系统根据点边防冲突算法预防多agv小车之间的冲突。

所述路径节点信息转换成每张rfid标签对应的命令信息发送给agv小车，具体包括如下步骤：

(1)根据实际的引导轨道连接及agv小车的起点及终点，设置有向图模型，确定模型与实际轨道连接的上下左右方向一致，令n从0开始；

(2)取路径节点信息中的第n和n+1个路径节点组成的始发边与第n+1和n+2个节点组成的到达边进行对比，判断从始发边到到达边应该左转还是右转还是直行，得到agv小车在第n和n+1个节点组成的边的结束标识卡对应的命令，继续执行第3步骤；

(3)将n增加1，继续执行第2步骤。

所述基于点边防冲突算法的多agv冲突预防方法，包括如下步骤：

(1)根据有向图模型，在主控制系统上建立每个节点和每条双向边的agv小车等待队列；

(2)agv小车读取到rfid标签时，将卡号信息发送给主控制系统，如果读取到的是开始标识卡则执行第6步骤，读取到的是结束标识卡则执行第3步骤；

(3)若该agv小车将要去的下一条边为双向边，则执行第4步骤，否则执行第5步骤；

(4)主控制系统查询与该结束标识卡相邻节点的agv等待队列，同时查询下一条边的agv等待队列，如果该节点和该边的agv等待队列中都没有agv小车，则将该agv小车添加到该节点和该边的agv等待队列中，主控制系统不发送任何指令，该agv继续前进，否则主控制系统发送指令让该agv立马停止，将该agv添加到该节点和该边的agv等待队列中，然后执行第2步骤；

(5)主控制系统查询与该结束标识卡相邻节点的agv等待队列，如果该节点的agv等待队列中没有agv小车，则主控制系统不发送任何指令，该agv继续前进，将该agv小车添加到该节点和该边的agv等待队列中，否则主控制系统发送指令让该agv立马停止，将该agv添加到该节点和该边的agv等待队列中，然后执行第2步骤；

(6)若该agv经过的上一条边为双向边，则执行第7步骤，否则执行第8步骤；

(7)解除该agv小车对该节点和该边的占用，在该节点和该边的agv等待队列中删除该agv，执行第9步骤；

(8)解除该agv小车对该节点的占用，在该节点的agv等待队列中删除该agv，执行第10步骤；

(9)查询该节点的agv等待队列中的第一个agv是否还存在其他双向边的agv等待队列中，如果存在且不排在等待队列中的第一位，则该agv小车继续等待，否则主控制系统发送启动命令给该agv小车；同时查询该边的agv等待队列中的第一个agv是否还存在其他节点的agv等待队列中，如果存在且不排在等待队列中的第一位，则该agv小车继续等待，否则主控制系统发送启动命令给该agv小车，然后执行第2步骤；

(10)查询该节点的agv等待队列中的第一个agv是否还存在其他双向边的agv等待队列中，如果存在且不排在等待队列中的第一位，则该agv小车继续等待，否则主控制系统发送启动命令给该agv小车，然后执行第2步骤。

所述站点设置上料区、卸料区及充电区。

所述主控制系统包括无线接收模块，调度模块及无线发送模块。

路径节点信息转换成每张rfid标签对应的命令信息发送给agv小车，具体转换步骤为：

(1)令n为0，(n)x表示第n个节点的x坐标，(n)y表示第n个节点的y坐标，继续执行第2步骤；

(2)比较第n和n+1个节点，若(n)x＝(n+1)x，则执行第3步骤，若(n)y＝(n+1)y，则执行第6步骤；

(3)若(n)y>(n+1)y,则执行第4步骤，否则执行第5步骤；

(4)若(n+1)x＝(n+2)x，则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为直行；若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x>(n+2)x,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为左转，若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x<(n+2)x,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为右转，继续执行第9步骤；

(5)若(n+1)x＝(n+2)x，则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为直行；若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x>(n+2)x,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为右转，若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x<(n+2)x,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为左转，继续执行第9步骤；

(6)若(n)x>(n+1)x,则执行第8步骤，否则执行第7步骤；

(7)若(n+1)y＝(n+2)y，则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为直行；若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y>(n+2)y,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为左转，若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y<(n+2)y,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为右转，继续执行第9步骤；

(8)若(n+1)y＝(n+2)y，则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为直行；若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y>(n+2)y,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为右转，若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y<(n+2)y,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为左转，继续执行第9步骤；

(9)若n为路径节点数减2，则停止，否则n加1后继续执行第2步骤。

本发明的有益效果：

(1)传统调度系统对单向引导轨迹支持比较好，由于单向引导轨迹的每条路径方向固定，使agv行驶距离增加，降低了系统的灵活性。本发明提出基于单双向混合路径的调度系统，采用点边防冲突算法解决了多agv之间的冲突问题，提升了系统的灵活性；

(2)本发明提出一种新的rfid布置方式，使agv能够实现直角转弯，降低了agv转弯需要的空间，适用于空间狭小的车间；

(3)提出的调度系统对agv单机的设计要求不高，降低了开发成本。agv小车可执行离线命令进行巡线行驶，agv小车只需向主控制系统层反馈位置信息，减少了系统无线通讯层的负担，增强了系统的可扩展性；

(4)容错性，主控制系统层通过保存agv小车路径信息和标识卡分布信息，便可知道agv小车从起点到终点会读取到的标识卡，如果agv小车受干扰丢失读卡信号，主控制系统层可进行自动补全，这样便不会对点边防冲突系统产生影响。

附图说明

图1是本发明实施例的引导轨道连接图；

图2是本发明的a*算法流程图；

图3是本发明的点边防冲突算法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于单双向混合路径的多agv调度系统，包括主控制系统、多条引导轨道及多个agv小车，所述引导轨道与引导轨道的连接点为路径节点，图1中引导轨道为磁带轨道，所述主控制系统包括无线接收模块、调度模块及无线发送模块。

每条引导轨道两端各设置一个rfid标签作为标识卡，并设置不同编号写入主控制系统中，按照agv行驶方向，确认引导轨道上的第一张rfid标签为开始标识卡，第二张rfid标签为结束标识卡；

所述引导轨道与引导轨道的连接点称为路径节点，每个路径节点设置rfid标签，且具有相同编号，一定与引导轨道两端的标识卡的编号不同，所述引导轨道包括双向引导轨道及单向引导轨道，所述每个路径节点只与一条双向引导轨道连接，即不存在两条双向边连接的情况。

每个路径节点设置的相同编号的rfid标签作为执行卡，agv小车读取到执行卡时，则执行主控制系统发送的左转、右转、直行或后退命令；

在各站点放置编号不同的rfid标签作为站点卡，agv小车读取到站点卡，则停止，所述站点即为停止点，所述各站点设置上料区、卸料区及充电区等等。

如图1所示，本实施例中站点均设置在双向边，标识卡1及标识卡2所在边为单向边，标识卡1为开始标识卡，标识卡2为结束标识卡，标识卡3及标识卡4所在边为双向边，所述标识卡5、7、8、9、10所标识的地方为站点，agv小车读取到相应站点卡则立刻停止，标识卡6为执行卡，设置在路径节点上，agv小车读取到执行卡信息立刻执行上次读取到的rfid标签对应的命令。

在调度模块工作之前，根据实际的小车运动轨迹，将站点卡、节点卡及其与边的对应关系，建立有向图模型。

如图2所示，在调度模块使用时，agv小车设置rfid标签阅读器，读取到标识卡，主控制系统确定agv小车所在位置，根据任务分配确定agv小车的终点，通过通过a*算法计算出离线路径节点信息，并将路径节点信息转换成每张rfid标签对应的命令信息发送给agv小车，具体为：

(1)对现场引导轨迹建立有向图模型，得到有向图邻接矩阵，然后执行第2步骤；

(2)把起点a放进open列表中，继续执行第3步骤。

(3)在邻接矩阵中寻找从该节点可到达的节点，跳过在close列表中的节点，若这些节点已经在open列表中，则执行第5步骤，否则执行第4步骤；

(4)将上述节点加入open列表中，计算上述每个可达节点到终点的欧几里德距离作为h值，h(n)＝sqrt((dx-nx)²+(dy-ny)²)，计算起点到上述每个可达节点的g值，则上述每个可达节点的权值为，f(n)＝g(n)+h(n)，该节点作为上述节点的父节点，从open列表中删除该节点，将该节点加入close列表，然后执行第6步骤；

(5)计算上述每个可达节点到终点的欧几里德距离作为h值，h(n)＝sqrt((dx-nx)²+(dy-ny)²)，计算起点到上述每个可达节点的g值，则上述每个可达节点的权值为，f(n)＝g(n)+h(n)，若现在权值小于原来权值，则将该节点作为上述节点的父节点，更新权值，否则不执行任何动作，然后执行第6步骤；

(6)在open列表中寻找f值最低的节点，若该节点为终点，则结束算法，否则将该节点从open列表中删除，然后再加入到close列表中，然后执行第3步骤。

所述路径节点信息转换成每张rfid标签对应的命令信息发送给agv小车，包括如下步骤：

(1)令n为0，(n)x表示第n个节点的x坐标，(n)y表示第n个节点的y坐标，继续执行第2步骤；

(2)比较第n和n+1个节点，若(n)x＝(n+1)x，则执行第3步骤，若(n)y＝(n+1)y，则执行第6步骤；

(3)若(n)y>(n+1)y,则执行第4步骤，否则执行第5步骤；

(4)若(n+1)x＝(n+2)x，则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为直行；若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x>(n+2)x,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为左转，若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x<(n+2)x,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为右转，继续执行第9步骤；

(5)若(n+1)x＝(n+2)x，则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为直行；若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x>(n+2)x,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为右转，若(n+1)y＝(n+2)y，且(n+1)x<(n+2)x,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为左转，继续执行第9步骤；

(6)若(n)x>(n+1)x,则执行第8步骤，否则执行第7步骤；

(7)若(n+1)y＝(n+2)y，则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为直行；若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y>(n+2)y,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为左转，若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y<(n+2)y,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为右转，继续执行第9步骤；

(8)若(n+1)y＝(n+2)y，则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为直行；若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y>(n+2)y,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为右转，若(n+1)x＝(n+2)x，且(n+1)y<(n+2)y,则第n和n+1节点组成的边的结束标识卡对应命令为左转，继续执行第9步骤；

(9)若n为路径节点数减2，则停止，否则n加1后继续执行第2步骤。

将该agv小车的标识卡对应命令信息通过无线发射模块发送给agv小车，agv小车开始巡线行驶，当读取到标识卡时，反馈给调度模块，调度模块通过点边防冲突算法查询该agv小车是否产生将会产生冲突，如果需要该agv小车等待，则立马发送指令让该agv小车停止，冲突解决后，让该agv小车继续行驶。当读取到执行卡时，agv小车查询本地数据库，执行上次读取到的标识卡对应的命令。当agv读取到站点卡时，确认是否到达相应站点，执行相应动作。

如图3所示，所述基于点边防冲突算法的多agv冲突预防方法，包括如下步骤：

(1)根据有向图模型，在主控制系统上建立每个节点和每条双向边的agv小车等待队列；

(2)agv小车读取到rfid标签时，将卡号信息发送给主控制系统，如果读取到的是开始标识卡则执行第6步骤，读取到的是结束标识卡则执行第3步骤；

(3)若该agv小车将要去的下一条边为双向边，则执行第4步骤，否则执行第5步骤；

(4)主控制系统查询与该结束标识卡相邻节点的agv等待队列，同时查询下一条边的agv等待队列，如果该节点和该边的agv等待队列中都没有agv小车，则将该agv小车添加到该节点和该边的agv等待队列中，主控制系统不发送任何指令，该agv继续前进，否则主控制系统发送指令让该agv立马停止，将该agv添加到该节点和该边的agv等待队列中，然后执行第2步骤；

(5)主控制系统查询与该结束标识卡相邻节点的agv等待队列，如果该节点的agv等待队列中没有agv小车，则主控制系统不发送任何指令，该agv继续前进，将该agv小车添加到该节点和该边的agv等待队列中，否则主控制系统发送指令让该agv立马停止，将该agv添加到该节点和该边的agv等待队列中，然后执行第2步骤；

(6)若该agv经过的上一条边为双向边，则执行第7步骤，否则执行第8步骤；

(7)解除该agv小车对该节点和该边的占用，在该节点和该边的agv等待队列中删除该agv，执行第9步骤；

(8)解除该agv小车对该节点的占用，在该节点的agv等待队列中删除该agv，执行第10步骤；

(9)查询该节点的agv等待队列中的第一个agv是否还存在其他双向边的agv等待队列中，如果存在且不排在等待队列中的第一位，则该agv小车继续等待，否则主控制系统发送启动命令给该agv小车；同时查询该边的agv等待队列中的第一个agv是否还存在其他节点的agv等待队列中，如果存在且不排在等待队列中的第一位，则该agv小车继续等待，否则主控制系统发送启动命令给该agv小车，然后执行第2步骤；

(10)查询该节点的agv等待队列中的第一个agv是否还存在其他双向边的agv等待队列中，如果存在且不排在等待队列中的第一位，则该agv小车继续等待，否则主控制系统发送启动命令给该agv小车，然后执行第2步骤。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。