一种四向穿梭RGV集群调度系统的制作方法

一种四向穿梭rgv集群调度系统
技术领域
1.本发明涉及rgv调度系统，具体涉及一种四向穿梭rgv集群调度系统。


背景技术：

2.在物流领域，封闭空间如产线边库、临时库、原材料或半成品仓库内部，各种货物的搬运非常频繁，主要有：产线到仓库、仓库到仓库(也称移库)、仓库到产线、仓库出货(搬运货物至链条传送带)等。虽然有agv等智能机器人可以从地面搬运，但如果空间不够宽裕，或者货架超高，也无济于事；即使空间宽裕，agv自身运行效率也不高。因此，在构建巨型仓库或线边库、临时库等货架的同时，利用货架下端小空间架设四向轨道，用一种可四向穿梭的rgv来实现货物搬运，是一种非常好的物流搬运方案。
3.目前，虽然理论上四向穿梭rgv在巨型仓库的用途很大，但实际存在以下几个问题：
4.1、运动空间管理不善
5.四向穿梭rgv显然需要能到达所有货架的站点，这些站点组成了四向穿梭rgv的完整运动空间。直观上，运动空间无需管理，实际上运动空间的管理是必须的，而且管理不善将会导致rgv运行效率低下甚至出错。
6.2、调度系统与rgv控制系统之间的实时交互缺乏规范
7.各厂家使用自定义的实时交互协议来实现调度系统和车载控制端之间的实时交互，用以控制rgv的调度，一旦a厂家倒闭，b厂家要接手留给客户单位的资产会非常困难，甚至需要将底层系统推倒重建，耗时费力。
8.3、缺少并发模式的rgv集群调度系统
9.任何智能机器人在封闭空间内存在多个，都会出现协同运行的情况。出于效率和安全性考虑，这就要求在调度层面需要采用并发模式，而目前大多数厂家采用单车专任于一个或几个片区，多车多片区不重叠，虽然规避了集群调度中潜在的交通死锁问题，但却以牺牲效率为代价。
10.4、功能扩展难
11.由于缺乏规范，第三方系统很难与专用的四向穿梭rgv调度系统对接，每辆rgv运行时还需要与第三方系统或智能设备联动，因此功能难以扩展，导致rgv实际应用时需要额外的辅助，造成业务流程复杂化，进而使得系统整体的可靠性、可用性和可扩展性严重下降。


技术实现要素：

12.(一)解决的技术问题
13.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种四向穿梭rgv集群调度系统，能够有效克服现有技术所存在的无法对rgv进行高效准确集群调度、与rgv控制系统之间的实时交互缺乏规范、难以进行功能扩展的缺陷。
14.(二)技术方案
15.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
16.一种四向穿梭rgv集群调度系统，包括初始化模块、网格地图模块、上位机通信模块、下位机通信模块、集群调度模块和任务管理模块；
17.初始化模块，向各系统模块发送初始化配置信息，为各系统模块的启动和运行做好准备；
18.网格地图模块，载入网格地图文件，获取网格单元g-cell数据，并对网格单元g-cell数据进行实时更新；
19.上位机通信模块，获取第三方系统下发的任务信息，并通过构建任务缓冲表t-buff对rgv任务进行管理；
20.下位机通信模块，查询rgv的实时状态参数信息v-info，接收任务管理模块发送的任务指令表，并将任务指令表发送至优选rgv；
21.集群调度模块，基于网格单元g-cell数据、任务缓冲表t-buff和实时状态参数信息v-info设定调度任务，并调用任务管理模块生成任务指令表；
22.任务管理模块，基于集群调度模块设定的调度任务生成任务指令表，并将任务指令表发送至下位机通信模块。
23.优选地，所述网格地图模块在初始化时将网格地图文件中的数据映射至内存中，所述网格地图模块对网格单元g-cell的状态进行初始化，包括：
24.如果明确指定合法的状态值，则使用，不合法的状态值默认为-1，表示站点被禁用；
25.如果未明确指定状态值，则默认为0，表示站点存在且可用。
26.优选地，所述网格地图模块对网格单元g-cell的状态进行实时更新，包括：
27.将静止rgv所在站点的状态值设定为1，表示站点存在但被占用；
28.将运动rgv所在站点及运动方向指向下一站点的状态值均设定为1，表示站点存在但被占用；
29.将实时状态参数信息v-info报告有故障无法继续移动rgv所在站点的状态值设定为-1，表示站点被禁用；
30.将被人工移走rgv所在站点的状态值设定为0，表示站点存在且可用。
31.优选地，所述上位机通信模块启动后，在特定网络端口上进行监听，并基于内置标准rgv任务数据交换协议与第三方系统进行通信。
32.优选地，所述上位机通信模块获取第三方系统下发的任务信息，解析出包括新增任务、修改任务、删除任务和查询任务在内的任务信息报文。
33.优选地，所述第三方系统包括叫料终端、仓库控制系统wcs、仓库管理系统wms、制造执行系统mes和企业资源计划系统erp。
34.优选地，所述下位机通信模块用于维持rgv集群调度系统以并发模式与各rgv控制系统进行通信。
35.优选地，所述下位机通信模块采用分批模式和/或全部模式向rgv发送任务指令表，所述下位机通信模块采用分批模式发送任务指令表时，对网格单元g-cell数据进行互斥访问，判断rgv是否可在站点之间移动。
36.优选地，所述集群调度模块按照任务缓冲表t-buff中各rgv任务的顺序，并基于网格单元g-cell数据、实时状态参数信息v-info优选rgv完成相应rgv任务，所述集群调度模块按照路径最短、转弯最少、动态优先的原则对rgv进行优选。
37.(三)有益效果
38.与现有技术相比，本发明所提供的一种四向穿梭rgv集群调度系统，具有以下有益效果：
39.1)基于现实需求，总结出以网格单元g-cell数据、任务缓冲表t-buff、实时状态参数信息v-info为核心数据模型的调度系统框架，并设计出一种可并发模式运行、同时调度多辆rgv在有限封闭空间自由、安全运行的集群调度系统，结合上位机、下位机通信等模块，构建一套完整的四向穿梭rgv集群调度系统技术实现路线；
40.2)系统内置遵从标准rgv任务数据交换协议的上位机通信模块，规避了与各种第三方系统的繁杂交互，从基础层面实现了多系统联动等功能扩展；
41.3)任务缓冲表t-buff明确定义了rgv任务元素模型，实时状态参数信息v-info明确定义了rgv上报自身的信息域，所有遵从和支持该定义的各厂家rgv，均可接入本系统，完成自身实时状态参数信息v-info的上报，并接收适合执行的任务指令表，同时各rgv以并发模式执行各种任务。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明的系统示意图；
44.图2为本发明中四向穿梭运行轨道模型示意图；
45.图3为本发明中第三方系统下发的任务指令模型示意图；
46.图4为本发明中下位机通信模块与rgv控制系统之间的交互示意图；
47.图5为本发明中集群调度模块按照路径最短的原则对rgv进行优选的示意图；
48.图6为本发明中集群调度模块按照转弯最少的原则对rgv进行优选的示意图；
49.图7为本发明中任务管理模块生成的任务指令表的示意图；
50.图8为本发明中下位机通信模块采用分批模式发送任务指令表的示意图。
具体实施方式
51.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.如图2所示，该四向穿梭运行轨道模型为本技术技术方案中各rgv运行的硬件基础。为满足任何一辆rgv可在任何仓储单元上漫游，仓储单元必须数字化。在四向穿梭运行轨道模型中，将整个仓储单元映射为笛卡尔直角坐标系，横、纵坐标均使用整数来定位每个
仓储单元，可无限扩展。
53.每个仓储单元需要明确相邻单元的关系(有、无则意味着rgv是否可以在两者之间移动)、网格单元自身状态(可用、占用、禁用)以及站点存在性(存在则意味着可与其他设备或系统交换货物，即取货和放货)。
54.一种四向穿梭rgv集群调度系统，如图1所示，包括初始化模块、网格地图模块、上位机通信模块、下位机通信模块、集群调度模块和任务管理模块；
55.初始化模块，向各系统模块发送初始化配置信息，为各系统模块的启动和运行做好准备；
56.网格地图模块，载入网格地图文件，获取网格单元g-cell数据，并对网格单元g-cell数据进行实时更新；
57.上位机通信模块，获取第三方系统下发的任务信息，并通过构建任务缓冲表t-buff对rgv任务进行管理；
58.下位机通信模块，查询rgv的实时状态参数信息v-info，接收任务管理模块发送的任务指令表，并将任务指令表发送至优选rgv；
59.集群调度模块，基于网格单元g-cell数据、任务缓冲表t-buff和实时状态参数信息v-info设定调度任务，并调用任务管理模块生成任务指令表；
60.任务管理模块，基于集群调度模块设定的调度任务生成任务指令表，并将任务指令表发送至下位机通信模块。
61.本技术技术方案中，第三方系统包括叫料终端、仓库控制系统wcs、仓库管理系统wms、制造执行系统mes和企业资源计划系统erp。
62.网格地图模块在初始化时将网格地图文件中的数据映射至内存中，网格地图模块对网格单元g-cell的状态进行初始化，包括：
63.如果明确指定合法的状态值，则使用，不合法的状态值默认为-1，表示站点被禁用；
64.如果未明确指定状态值，则默认为0，表示站点存在且可用。
65.网格地图模块对网格单元g-cell的状态进行实时更新，包括：
66.将静止rgv所在站点的状态值设定为1，表示站点存在但被占用；
67.将运动rgv所在站点及运动方向指向下一站点的状态值均设定为1，表示站点存在但被占用；
68.将实时状态参数信息v-info报告有故障无法继续移动rgv所在站点的状态值设定为-1，表示站点被禁用；
69.将被人工移走rgv所在站点的状态值设定为0，表示站点存在且可用。
70.基于四向穿梭运行轨道模型及实际功能，定义网格地图文件如表1所示，所有网格单元g-cell数据必须存入一个xml格式文件(也可以用ini、json或其他文本类格式文件)。
71.表1网格地图文件定义表
72.[0073][0074]
上位机通信模块启动后，在特定网络端口上进行监听，并基于内置标准rgv任务数据交换协议与第三方系统进行通信。
[0075]
上位机通信模块获取第三方系统下发的任务信息，解析出包括新增任务、修改任务、删除任务和查询任务在内的任务信息报文。本技术技术方案中，定义第三方系统下发任务信息的元素如表2所示。
[0076]
表2第三方系统下发任务信息元素定义表
[0077][0078]
其中，u08是无符号单字节整型；u16是无符号双字节整型；u32是无符号四字节整型。
[0079]
本技术技术方案中，四向穿梭rgv可支持几种任务类型，对任务缓冲表t-buff的要求如表3所示。
[0080]
表3任务类型对任务缓冲表t-buff的要求
[0081]
[0082][0083]
rgv任务自创建到执行结束的状态及说明如表4所示。
[0084]
表4rgv任务自创建到执行结束的状态及说明
[0085]
状态状态名称说明1全新由第三方系统提交的任务，默认的初始状态2正在执行一个任务得到调度系统执行后3执行成功一个任务被调度系统无错执行结束4执行失败一个任务被调度系统有错执行结束5强行取消因人工干预导致，该任务以后不再被执行6回收待执行因人工干预导致，该任务以后还可被执行
[0086]
本技术技术方案中，四向穿梭rgv集群调度系统跟实际业务有关的rgv任务，均由第三方系统下发，本系统会持续接收rgv任务，并实时存入任务缓冲表t-buff。
[0087]
如图3所示，为实现对rgv任务的管理，本系统设计一套交互式指令，指令的具体实现形式不作约束(可以是json、xml或二进制数据流等)，每个指令要求有1个或多个信息域。任务指令模型由指令类型(type)和多个键值对组成的信息域构成，其中键值对中的键名(name)就是表2中的各“成员”项目。对各指令类型详述如下：
[0088]
1)新增任务(addnew)
[0089]
本指令是第三方系统给四向穿梭rgv集群调度系统下发任务，并要求四向穿梭rgv集群调度系统回复，新增任务指令的信息域如表5所示。
[0090]
表5新增任务指令的信息域表
[0091][0092]
回复需要包含如下键值对：
[0093]
存储数值数据的ret键用于指示处理结果，如果为0，则表示正常处理；如果是负值，则表示错误码；
[0094]
存储文本数据的msg键用于指示处理结果的文本描述，如果ret为0，则msg非必须；如果ret为负值，则msg必须有。
[0095]
存储数值数据的id键用于指示任务标识，仅用于第三方系统下发的人物信息中未提供id信息域的情形。
[0096]
2)删除任务(delete)
[0097]
本指令是第三方系统要求四向穿梭rgv集群调度系统删除指定的任务，并要求系统回复。
[0098]
要求的信息域仅为id，即任务标识，回复需要包含ret键和msg键。另外，任务状态为“正在执行”时不能删除。
[0099]
3)取消任务(cancel)
[0100]
本指令是第三方系统要求四向穿梭rgv集群调度系统取消指定的任务，并要求系统回复。
[0101]
要求的信息域仅为id，即任务标识，回复需要包含ret键和msg键。仅任务状态为“正在执行”时可取消，取消后任务状态变为“强行取消”。
[0102]
4)回收任务(renew)
[0103]
本指令是第三方系统要求四向穿梭rgv集群调度系统回收指定的任务，并要求系统回复。
[0104]
要求的信息域仅为id，即任务标识，回复需要包含ret键和msg键。仅任务状态为“强行取消”时可回收，回收后任务状态变为“回收待执行”。
[0105]
5)查询任务(select)
[0106]
本指令是第三方系统要求四向穿梭rgv集群调度系统回传指定任务的完整信息。
[0107]
要求的信息域为id，即任务标识，同时还可选具体的结果信息信息域列表(该列表见表2的“成员”项目)。回复需要包含ret键、msg键(可选)、count键、fields表和record单元集合。
[0108]
下位机通信模块用于维持rgv集群调度系统以并发模式与各rgv控制系统进行通信。如图4所示，下位机通信模块与各rgv控制系统进行通信的过程中，主要实现两大功能：查询rgv的实时状态参数信息v-info、将任务指令表发送至优选rgv。
[0109]
由rgv集群调度系统下发的查询指令，仅需2个信息域：目标rgv_id和功能码(0x01)。但重点是rgv控制系统的回应，需包含如下信息域：
[0110]
表6rgv控制系统上报自身的信息域表
[0111]
信息域数据类型名称值范围说明rgv_idu16rgv标识不得为0func_codeu08功能码恒为：0xfecoord_xi16平面坐标x coord_yi16平面坐标y coord_zi16货架层号对于立体货架有意义statusu8车体状态见后“车体状态表”batteryu16电量千分比值，范围：0-1000task_idu32任务标识无任务时为0durationu32状态持续时长单位：毫秒fault_codeu16故障码0表示无故障；非0表示故障码
[0112]
其中，i16是16位有符号整型数值；u8是8位无符号整型数值。
[0113]
表6中的“车体状态”如下表所示：
[0114]
表7车体状态表
[0115][0116]
rgv任务的来源是上位机通信模块构建的任务缓冲表t-buff，由任务管理模块基
于所有rgv的实时信息域，构建出任务指令表。要使四向穿梭rgv完整执行任务，rgv控制系统必须能执行如下指令：
[0117]
表8rgv控制系统支持的指令表
[0118][0119]
集群调度模块按照任务缓冲表t-buff中各rgv任务的顺序，并基于网格单元g-cell数据、实时状态参数信息v-info优选rgv完成相应rgv任务，集群调度模块按照路径最短、转弯最少、动态优先的原则对rgv进行优选。
[0120]
一般地，四向穿梭rgv集群调度系统按顺序执行任务缓冲表t-buff中的每个任务。在取得一个搬运任务(0x1)和取货任务(0x4)时，考虑效率，会根据该任务的取货站，找出能最快到达的可用rgv。具体优选方法如下：
[0121]
1)路径最短
[0122]
如图2所示，现有一个前往点位(1,0)取货的任务。rgv-1有任务在执行，不能被选来执行新任务，但rgv-2、rgv-3均处于空闲状态(status＝0x1)可选，显而易见，在点位(7,0)的rgv-3可被选来执行新任务。
[0123]
2)转弯最少
[0124]
如图5所示，在有的情况下，能找出适合执行当前任务的几辆rgv离目标点位距离相同。在点位(5,3)的rgv-2前往目标点位(1,0)至少要经过一次转弯，而在点位(7,0)的rgv-3则不必转弯，因此选rgv-3。
[0125]
3)动态优先
[0126]
如图6所示，在有的情况下，能找出距离目标点位距离，以及转弯数都相同的多辆rgv。
[0127]
此处假定，rgv-2处于空闲状态(0x01)，rgv-3因为在执行归巢任务或充电任务，处于运行状态(0x02)。两者的转弯数均为0，但集群调度系统选rgv-3，直接取消rgv-3的归巢
任务或充电任务，替换为取货任务即可。
[0128]
任务管理模块基于rgv任务信息(见表5)和实时状态参数信息v-info中的coord_x、coord_y和coord_z(涉及货架层号切换才用)，构建出任务指令表。
[0129]
如图7所示，为任务管理模块以图6所示的取货任务为例生成的任务指令表。“rgv任务信息”中rgv_id、“rgv-3信息”中的id应该相同(通过上述优选rgv方法确定)；rgv信息中的coord_x、coord_y、coord_z就是60331这个点位(由网格单元g-cell数据指定)。对于搬运任务，才分成取货、放货两段，其他类型的任务就一段。
[0130]
下位机通信模块采用分批模式和/或全部模式向rgv发送任务指令表。全部模式较简单，在单rgv运行场景下采用；在多rgv各自运行于互不干涉的固定线路也可采用。现实场景中，多是互有干涉的自由线路，因此真正要实现的是分批模式。
[0131]
下位机通信模块采用分批模式发送任务指令表时，对网格单元g-cell数据(点位状态，表1中的“status”域描述)进行互斥访问，判断rgv是否可在站点之间移动。
[0132]
如图8所示，现假定rgv-3位于点位p1，执行的任务要求前往pm。经过优选rgv方法获得的路径是：p1＝》p2＝》p3
……
＝》pm，其分批模式的指令下发步骤如下：
[0133]
如图8中的(a)所示，第一批次下发指令：p1＝》p2，p2＝》p3，此时点位p1、p2、p3状态均为3(即rgv-3的id)；
[0134]
如图8中的(b)所示，第二批次(rgv-3从p1移动到p2)下发指令：p3＝》p4，之所以能下发是因为检索网格单元g-cell数据中发现p4的状态为0(站点存在且可用)，同时，点位p1状态置零(允许其他rgv占用)；
[0135]
如图8中的(c)所示，第三批次(rgv-3从p2移动到p3)，点位p2状态置零，但不能下发指令，因p5被其他rgv占用，但rgv-3仍可继续移动至点位p4；
[0136]
如图8中的(d)所示，第三批次(rgv-3从p3移动到p4)，点位p3状态置零，但仍不能下发指令，因p5仍被其他rgv占用，此时rgv-3因无任务指令执行而停车，状态由“运行(0x02)”变更为“等待放行(0x03)”，同时集群调度系统开始判断其状态持续时长(duration)；
[0137]
如图8中的(e)所示，第四批次，“等待放行”状态持续时长超过30秒(也可改为其他时长)，则需重构任务指令表，此处假定能绕过p5，通过p1m到pm，重构后获得的路径是：p4＝》p14＝》p15
……
＝》p1m＝》pm，则可下发指令：p4＝》p14，p14＝》p15，rgv-3状态由“等待放行(0x03)”变更为“运行(0x02)”。
[0138]
四向穿梭rgv集群调度系统在运行时，利用下位机通信模块，查询并获取rgv的实时状态参数信息v-info。v-info中的“status”(状态)、“duration”(持续时长)和“battery”(电量)三个参数决定是否向rgv下发归巢任务或充电任务。在“status”为空闲状态下：
[0139]
1)如果“battery”高于650(千分比值，即65％)，“duration”超过5秒，则下发归巢任务；
[0140]
2)如果“battery”高于350(即35％)，但低于650(即65％)，“duration”超过5秒，则下发充电任务；
[0141]
3)如果“battery”低于350(即35％)，无论“duration”是多少，直接下发充电任务。
[0142]
另外，对于1)和2)两种情况，归巢任务和充电任务可能被系统中止，去执行搬运任务(也包括取货任务)。
[0143]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。