CN107844105B - 一种基于时间窗的避障控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于时间窗的避障控制方法，步骤S1、为每个避障物设置一时间窗；步骤S2、通过协调控制代理获取所有避障物的时间窗参数；步骤S3、然后进行比较分析：对所有的避障物两两间执行交互计算，若目标避障物与其他避障物的时间窗存在交互情况，则先判断优先级：若目标避障物优先级高，则保持原始速度继续行驶；若目标避障物优先级比其他避障物优先级低，则降低目标避障物的行驶速度；步骤S4、将计算的结果作用于所服务的避障物执行器，以控制避障物行驶速度，避免避障物发生碰撞，从而达到避障的目的。本发明对目标避障物与其他避障物的时间窗参数进行比较，得出交互情况，来控制各自的运行速度，从而避免碰撞的可能。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，特别涉及一种避障控制方法，可应用于AGV小车的控制领域。
背景技术
科学技术的发展日新月异，AGVs在现代货物搬运中得到了越来越广泛的使用。其自动化程度高，能够满足柔性制造系统和立体仓库的要求。其中AGVs是指自动导引车系统，由管理计算机、数据传递子系统、若干辆沿导引路径行驶的自动导引小车(即AGV小车)、地面子系统组等组成，用于及时有效的分派自动导引小车到某位置完成指定动作，而且具有监控管理的系统。AGVs在现代科技中具有无可比拟的优势，合理和有效解决系统中的路径冲突问题是高效利用AGVs的关键。但是在AGVs中，由于多个AGV小车的共同运行，很可能导致碰撞冲突，所以合理解决此问题显得尤为关键。
本发明方法就是基于现有AGVs的不足，提出了一种基于时间窗的避障方法，相比于只包含车辆载重约束的基本车辆路径问题，带时间窗的车辆路径问题更好地反应实际应用情况，然而由于车辆路径问题本身就是一大难题，而带时间窗问题是在此基础上又增加了时间窗约束，从而使问题的求解更加困难，因此对时间窗问题的模型和求解算法研究一直是车辆路径规划研究的重点和难点。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于时间窗的避障控制方法，通过将目标避障物与其他避障物的时间窗参数进行比较计算，得出目标避障物与其他避障物之间的交互情况，来控制目标避障物或其他避障物的运行速度，避免目标避障物与其他避障物发生碰撞的可能。
本发明是这样实现的：一种基于时间窗的避障控制方法，包括：
步骤S1、为每个避障物设置一时间窗，所述时间窗的尺寸参数如下：
长X＝Sy+1/2L+1/2(L*Sinθ+A*Cosθ)，
宽Y＝Sx+1/2L+1/2(L*Cosθ+A*Sinθ)，
其中Sx：避障物沿X轴方向匀减速运动的位移；Sy：避障物沿Y轴方向匀减速运动的位移；L：避障物本身长度；A：避障物宽度；θ：避障物轴线与水平方向的夹角；
而避障物匀减速运动的位移S的计算式为：S＝V2/2a；
其中，V表示避障物的实时速度，α表示避障物的额定加速度；
步骤S2、通过协调控制代理获取所有避障物的时间窗参数；
步骤S3、然后进行比较分析：对所有的避障物两两间执行交互计算，若目标避障物与其他避障物的时间窗存在交互情况，则先判断优先级：
若目标避障物优先级高，则保持原始速度继续行驶；
若目标避障物优先级比其他避障物优先级低，则降低目标避障物的行驶速度；
步骤S4、将计算的结果作用于所服务的避障物执行器，以控制避障物行驶速度，避免避障物发生碰撞，从而达到避障的目的。
其中，该方法应用于AGV小车的避障，则所述避障物为AGV小车。
本发明具有如下优点：本发明方法通过将目标避障物与其他避障物的时间窗参数进行比较计算，得出目标避障物与其他避障物之间的交互情况，来控制目标避障物或其他避障物的运行速度，避免目标避障物与其他避障物发生碰撞的可能，特别适用于AGV小车的避障，可以有效解决系统中存在的路径冲突问题，提高AGV的利用效率，改善AGVs的性能。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明方法的执行流程示意图。
图2为本发明时间窗的结构示意图。
图3为本发明目标避障物为水平运动时的时间窗的结构示意图。
图4为本发明目标避障物为垂直运动时的时间窗的结构示意图。
图5为本发明目标避障物为转弯运动时的时间窗的结构示意图。
图6为本发明方法用于AGV避障的执行流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明的基于时间窗的避障控制方法，包括：
步骤S1、为每个避障物设置一时间窗，所述时间窗的尺寸参数如下：
长X＝Sy+1/2L+1/2(L*Sinθ+A*Cosθ)，
宽Y＝Sx+1/2L+1/2(L*Cosθ+A*Sinθ)，
其中Sx：避障物沿X轴方向匀减速运动的位移；Sy：避障物沿Y轴方向匀减速运动的位移；L：避障物本身长度；A：避障物宽度；θ：避障物轴线与水平方向的夹角；
步骤S2、通过协调控制代理获取所有避障物的时间窗参数；
步骤S3、然后进行比较分析：对所有的避障物两两间执行交互计算，若目标避障物与其他避障物的时间窗存在交互情况，则先判断优先级：
若目标避障物优先级高，则保持原始速度继续行驶；
若目标避障物优先级比其他避障物优先级低，则降低目标避障物的行驶速度；
步骤S4、将计算的结果作用于所服务的避障物执行器，以控制避障物行驶速度，避免避障物发生碰撞，从而达到避障的目的。
现以AGV小车的避障为例，对本发明作详细的阐述：
1、首先，详细阐述AGV时间窗的原理：AGV时间窗的形成基于运动学的原理，时间窗区域的大小由AGV小车实时速度和AGV小车车长共同决定，其中时间窗区域动态组成部分如公式(1)所示，即AGV小车以当前速度做匀减速运动产生的位移即为时间窗区域动态组成的部分。时间窗区域的AGV小车车长为静态组成部分，作为两辆车需要保持的最小安全距离，不论AGV小车处于运动状态还是静止状态，都能保持与其他AGV小车至少一个车长的距离。
S＝V2/2a(1)
注：S表示时间窗区域动态组成部分的长度，V表示AGV小车的实时速度，α表示AGV小车的额定加速度。
2、其次，详细阐述AGV避障控制理论：每个AGV小车均配置一个避障控制代理，避障控制代理的输入为各AGV的时间窗参数(AGV的时间窗区域是一个矩形，矩形的两个对角点坐标即可确定刚矩形的大小。如图2所示，输入A和C点的坐标参数或者B和D点的坐标参数其中的一组的坐标参数即可确定AGV时间窗大小)，以要保护的AGV小车为主体对象，通过与其他AGV小车的时间窗参数进行比较计算，得出保护AGV小车与其他AGV小车的交互情况。若保护AGV小车与其他AGV小车出现冲突情况，避障代理将控制保护AGV小车的运行速度，避免与其他AGV小车发生碰撞的可能。
3、最后，详细阐述本发明的AGV避障控制方法的实现步骤：
AGV时间窗的形成主要取决于AGV小车的实时速度。其中AGV小车的实时速度为矢量，包含速度大小和速度方向两个因素，共同决定AGV时间窗区域的大小，可将AGV小车的实时速度延X轴方向和Y轴方向分解，在这两个方向上计算AGV时间窗大小。
以图3、图4、图5所示的三个情况为例。
图3为AGV小车水平运动的情况，AGV小车实时速度延X轴方向和Y轴方向分解后只有X轴方向有速度大小，此时AGV时间窗的大小由X轴方向速度大小和AGV小车车长共同决定，时间窗长X＝Sx+L，宽Y＝A。
图4为AGV小车垂直运动的情况，AGV小车实时速度延X轴方向和Y轴方向分解后只有Y轴方向有速度大小，此时AGV时间窗的大小由Y轴方向速度大小和AGV小车车长共同决定，时间窗长X＝A，宽Y＝Sy+L。
图5为AGV小车转弯运动时任一时刻的位置情况，AGV小车实时速度为转弯运动时任一时刻的切线速度，将该速度延X轴方向和Y轴方向进行分解，此时时间窗的参数为：
长X＝Sy+1/2L+1/2(L*Sinθ+A*Cosθ)，
宽Y＝Sx+1/2L+1/2(L*Cosθ+A*Sinθ)。
其中Sx：X轴方向匀减速位移；Sy：Y轴方向匀减速位移；L：AGV小车车长；A：AGV小车车宽；θ：AGV小车车身与水平方向夹角。
结合图6所示，AGV小车避障流程：
1、AGV协调控制代理通过AGV导航中心获取所有AGV小车的时间窗参数；
2、然后进行比较分析：对所有的AGV小车两两间执行交互计算，若目标AGV小车与其他AGV小车的时间窗存在交互情况，则先判断优先级。优先级判断方法：若目标AGV小车优先级高，则保持原始速度继续行驶，若目标AGV小车优先级比其他AGV小车优先级低，则降低目标AGV小车的行驶速度。
3、将计算的结果作用于所服务的AGV执行器，可以起到控制AGV小车行驶速度，避免AGV小车发生碰撞的作用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (2)
1.一种基于时间窗的避障控制方法，其特征在于：包括：
步骤S1、为每个避障物设置一时间窗，所述时间窗的尺寸参数如下：
长X＝Sy+1/2L+1/2(L*Sinθ+A*Cosθ)，
宽Y＝Sx+1/2L+1/2(L*Cosθ+A*Sinθ)，
其中Sx：避障物沿X轴方向匀减速运动的位移；Sy：避障物沿Y轴方向匀减速运动的位移；L：避障物本身长度；A：避障物宽度；θ：避障物轴线与水平方向的夹角；
而避障物匀减速运动的位移S的计算式为：S＝V2/2a；
其中，V表示避障物的实时速度，α表示避障物的额定加速度；
步骤S2、通过协调控制代理获取所有避障物的时间窗参数；
步骤S3、然后进行比较分析：对所有的避障物两两间执行交互计算，若目标避障物与其他避障物的时间窗存在交互情况，则先判断优先级：
若目标避障物优先级高，则保持原始速度继续行驶；
若目标避障物优先级比其他避障物优先级低，则降低目标避障物的行驶速度；
步骤S4、将计算的结果作用于所服务的避障物执行器，以控制避障物行驶速度，避免避障物发生碰撞，从而达到避障的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于时间窗的避障控制方法，其特征在于：该方法应用于AGV小车的避障，所述避障物为AGV小车。
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