CN108762268B - 多agv无碰撞路径规划算法 - Google Patents

Abstract

本发明多AGV无碰撞路径规划算法，步骤如下：开始阶段，包括：根据已知建模的交通地图信息，进行系统设定；规划多AGV运行路径；运行阶段，包括：构建时间序列多部图

:对目前已规划任务的路径，标记

中相应路径；取下一个任务

；根据就近原则和空闲状况确定执行任务小车

；根据任务

的起始位置

和终止位置

，利用Dijkstra算法和

规划最短路径

；根据规划的最短路径

，标记

中相应路径；进行是否有未处理任务整理，是为返回下一个任务

Description

多AGV无碰撞路径规划算法

技术领域

本发明涉及AGV控制技术，特别涉及AGV导航控制技术领域，具体的，其展示基于时间序列多部图和最短路径算法的一种多AGV无碰撞路径规划算法。

背景技术

AGV是(Automated Guided Vehicle)的缩写，意即"自动导引运输车"，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。

AGV广泛应用于智能化物流系统中，即物料的流动通过AGV完成，AGV把原料在各个环节进行运送，完成各加工点之间半成品的传送。AGV的运行需要有控制系统确定其运行路线。当系统中有多个AGV时，保证系统无冲突的情况下，实现评价指标最短，为每个AGV规划出一条无碰撞、协调的路径规划是一个不易的任务。

因此，有必要提供基于时间序列多部图和最短路径算法的一种多AGV无碰撞路径规划算法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多AGV无碰撞路径规划算法。

技术方案如下：

一种基多AGV无碰撞路径规划算法，步骤如下：

开始阶段，包括：

1)根据已知建模的交通地图信息，进行系统设定：

2)规划多AGV运行路径：

运行阶段，包括：

3)构建时间序列多部图

3-1)基于系统中设定的AGV的运行速度，假设完成当前任务需要时间为T，确定时间序列多部图

所需部数

N_Partite＝T/10.

构造时间序列N_Partite部图

其中节点集V_i＝V，i＝1…N_Partite为在i时刻的交通图；

3-2)根据时间序列N_Partite部图

构造相应的邻接矩阵

为(Num_Partite_Graph*p)×(Num_Partite_Graph*p)数组,其中p为顶点的个数；按每p个连续节点为一块，将

分成n×n的块矩阵；并按一下流程设置

对i从1到n-1

对j从i+1到n

的(i,j)块更新为W+(j-i-1)*10；

其中W为对应原交通图的邻接矩阵；

4)对目前已规划任务的路径，标记

中相应路径；

6)取下一个任务t_i；

6)根据就近原则和空闲状况确定执行任务小车C_i；

7)根据任务t_i的起始位置O_i和终止位置D_i，利用Dijkstra算法和

规划最短路径σ_i：

7-1)初始化，S中只包含源节点S，U包含除去V之外的其他所有节点；每个节点的邻接关系和权值已知，且权值非负；

7-2)从U中选取与S₀有邻接关系且权值最小的顶点S_k，把S_k加入到S中(S_o到S_k的最短路径长度即为权值大小，最短路径即是S_o->S_k；

7-3)以S_k为新的中间节点，考察U中与S_k邻接的节点；若从源点S_o到U中节点的距离(经过S_k)比原来的距离(不经过S_k)的短，则修改U中已经考察过顶点的路径，修改后的路径值为经过S_k的路径；同时把新的具有最短路径的节点加入S；

7-4)重复执行步骤7-2)和7-3).直到所有顶点都包含在S中或者已经找到最短路径；

8)根据规划的最短路径σ_i，标记

中相应路径；

9)进行是否有未处理任务整理，是为返回步骤5)，否则结束。

进一步的，步骤1)包括：

1-1)交通地图中规划出的每条弧表示可双向行驶的单行道，即该路径只能允许一台AGV通过，但AGV可以在此路径上双向行驶；

1-2)小车运行时速度恒定，本系统中假设所有小车运行速度为lm/s；

1-3)每一条路径在同一时间只能被一个小车占据，即不允许两辆小车同时出现在同一段路径上；

1-4)为保证AGV不会发生碰撞，每个AGV都有自己的安全区域，设安全区域的半径为r(r根据车体大小和速度确定)，在此区域范围内，别的AGV不能进入；

1-5)每个任务被在下发时指定一个优先级，具有同样优先级的任务，较早下达的任务有更高的优先权；

1-6)每一条路径中的转弯大部分都是直角，转弯时间设定为常数；两条路径在同一直线上则不需要转弯；

1-7)取货卸货操作需要用的时间定义为常数，充电采用快充方式，AGV只有在电池电量低于一定的值的时候才进行充电，充电时间也近似为一个常数；

1-8)任务只包括一个起点一个终点，如果一个任务是从取货点A运送货物到B点，且该任务需要目前在C点的小车R执行，则该任务可分成两个任务，分别是让R从C点到A点，和让R从A点到B点；

进一步的，步骤2)包括：

2-1)设图G＝(V，E)表示整个交通地图，其中：

Ｖ＝{v₁，v₂，…，v_p}表示地图中所有节点的集合，

E＝{e₁，e₂，...，e_q)表示所有连接节点的弧的集合，

2-2)w_ij表示节点(i，j)之间弧的权值；

W为表示图G的邻接矩阵；其中W中(i,j)位置上的值为连接i，j节点的边的权值；

2-3)R＝{c₁，c₂，…，c_n)为系统中可执行任务小车集合；

2-4)M＝{t₁，t₂，…，t_m}为当前需要执行的任务集合；

2-5)P_i为任务t_i的优先级；

2-6)O_i为任务t_i的起始位置；

2-7)D_i为任务t_i的终止位置；

2-8)σ_i＝{e_j，e_k，…，e_q}为任务t_i的执行路径，该路径为一系列弧段的集合，从起始位置O_i到终止位置D_i的路径可以表示为有序弧段集合，其中e_j，e_k，…，e_q∈E，是环境地图边集合中的路段；

2-9)m_i＝(O_i，D_i，σ_i，P_i，r_i)描述任务t_i。

本发明采用时间轴图和最短路径算法在多AGV系统中为每台AGV规划运行路线，做到在优化的时间内规划所有任务路线，且路线之间无冲突。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为步骤3)中的一个交通图；

图3为基于图2的4个时间点的4部图；

图4为步骤7)的节点路径示意图。

具体实施方式

实施例：

参阅图1，本实施例展示一种基多AGV无碰撞路径规划算法，步骤如下：

1)根据已知建模的交通地图信息，进行系统设定：

1-1)交通地图中规划出的每条弧表示可双向行驶的单行道，即该路径只能允许一台AGV通过，但AGV可以在此路径上双向行驶；

1-2)小车运行时速度恒定，本系统中假设所有小车运行速度为lm/s；

1-3)每一条路径在同一时间只能被一个小车占据，即不允许两辆小车同时出现在同一段路径上；

1-4)为保证AGV不会发生碰撞，每个AGV都有自己的安全区域，设安全区域的半径为r(r根据车体大小和速度确定)，在此区域范围内，别的AGV不能进入；

1-5)每个任务被在下发时指定一个优先级，具有同样优先级的任务，较早下达的任务有更高的优先权；

1-6)每一条路径中的转弯大部分都是直角，转弯时间设定为常数；两条路径在同一直线上则不需要转弯；

1-7)取货卸货操作需要用的时间定义为常数，充电采用快充方式，AGV只有在电池电量低于一定的值的时候才进行充电，充电时间也近似为一个常数；

1-8)任务只包括一个起点一个终点，如果一个任务是从取货点A运送货物到B点，且该任务需要目前在C点的小车R执行，则该任务可分成两个任务，分别是让R从C点到A点，和让R从A点到B点；

2)规划多AGV运行路径：

2-1)设图G＝(V，E)表示整个交通地图，其中：

V＝{v₁，v₂，…，v_p}表示地图中所有节点的集合，

E＝{e₁，e₂，...，e_q)表示所有连接节点的弧的集合，

2-2)w_ij表示节点(i，j)之间弧的权值；

W为表示图G的邻接矩阵；其中W中(i,j)位置上的值为连接i，j节点的边的权值；

2-3)R＝{c₁，c₂，…，c_n)为系统中可执行任务小车集合；

2-4)M＝{t₁，t₂，…，t_m}为当前需要执行的任务集合；

2-5)P_i为任务t_i的优先级；

2-6)O_i为任务t_i的起始位置；

2-7)D_i为任务t_i的终止位置；

2-8)σ_i＝{e_j，e_k，…，e_q)为任务t_i的执行路径，该路径为一系列弧段的集合，从起始位置O_i到终止位置D_i的路径可以表示为有序弧段集合，其中e_j，e_k，…，e_q∈E，是环境地图边集合中的路段；

2-9)m_i＝(O_i，D_i，σ_i，P_i，r_i)描述任务t_i。

对于每个任务，起始位置，目标位置和分配的小车都不随时间变化；每个小车在初始分配任务的时候指定一个优先级，在任务执行过程中，随着任务执行时间越长，该任务的优先级逐渐变高，即初始优先级相同的任务，执行时间越长的任务有越高的优先级；

当AGV小车执行任务时，不断的进入并驶出路径中的有序路段，在小车驶入和驶出的这段时间内，该路径被此小车占领，其他小车不得进入；

步骤1)和步骤2)为开始的准备阶段；

3)构建时间序列多部图

3-1)基于系统中设定的AGV的运行速度，假设完成当前任务需要时间为T，确定时间序列多部图

所需部数

N_Partite＝T/10.

构造时间序列N_Partite部图

其中节点集V_i＝V，i＝1…N_partite为在i时刻的交通图；

参阅图2/3，图2为一个交通图，图3为基于图2的4个时间点的4部图。图3的4个圆圈代表了4个时间点。在每一个时间点都有A，B，C和D 4个节点，分别对应原交通图中的4个节点。每个时间点中节点之间无连接。不同时间节点中的节点根据原交通图中的连接情况连接。比如原交通图中A可以到C。则多部图中，从第一时刻的A可以到第二时刻的C，也可以到第三时刻的C和第四时刻的C。这样在多部图中的一条路就是一条沿时间顺序的路。

3-2)根据时间序列N_Partite部图

构造相应的邻接矩阵

为(Num_Partite_Graph*p)×(Num_Partite_Graph*p)数组,其中p为顶点的个数；按每p个连续节点为一块，将

分成n×n的块矩阵；并按一下流程设置

对i从1到n-1

对j从i+1到n

的(i,j)块更新为W+(j-i-1)*10；

其中W为对应原交通图的邻接矩阵；

4)对目前已规划任务的路径，标记

中相应路径；

7)取下一个任务t_i；

6)根据就近原则和空闲状况确定执行任务小车C_i；

7)根据任务t_i的起始位置O_i和终止位置D_i，利用Dijkstra算法和

规划最短路径σ_i：

7-1)初始化，S中只包含源节点S，U包含除去V之外的其他所有节点；每个节点的邻接关系和权值已知，且权值非负；

7-2)从U中选取与S_o有邻接关系且权值最小的顶点S_k，把S_k加入到S中(S_o到S_k的最短路径长度即为权值大小，最短路径即是S_o->S_k；

7-3)以S_k为新的中间节点，考察U中与S_k邻接的节点；若从源点S_o到U中节点的距离(经过S_k)比原来的距离(不经过S_k)的短，则修改U中已经考察过顶点的路径，修改后的路径值为经过S_k的路径；同时把新的具有最短路径的节点加入S；

7-4)重复执行步骤7-2)和7-3).直到所有顶点都包含在S中或者已经找到最短路径；

参阅图4的节点路径示意图以及下表，其可清楚展示步骤7)的最短路径规划：

8)根据规划的最短路径σ_i，标记

中相应路径；

9)进行是否有未处理任务整理，是为返回步骤5)，否则结束。

与现有技术相比，本发明采用时间轴图和最短路径算法在多AGV系统中为每台AGV规划运行路线，做到在优化的时间内规划所有任务路线，且路线之间无冲突。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基多AGV无碰撞路径规划算法，其特征在于：步骤如下：

开始阶段，包括：

1)根据已知建模的交通地图信息，进行系统设定：

2)规划多AGV运行路径：

运行阶段，包括：

3)构建时间序列多部图

3-1)基于系统中设定的AGV的运行速度，假设完成当前任务需要时间为T，确定时间序列多部图

所需部数

N_Partite＝T/10，

构造时间序列N_Partite部图

其中节点集V_i＝V，i＝1…N_partite为在i时刻的交通图；

3-2)根据时间序列N_Partite部图

构造相应的邻接矩阵

为(Num_Partite_Graph*p)×(Num_Partite_Graph*p)数组,其中p为顶点的个数；按每p个连续节点为一块，将

分成n×n的块矩阵；并按以下流程设置

对i从1到n-1

对j从i+1到n

的(i,j)块更新为W+(j-i-1)*10；

其中W为对应原交通图的邻接矩阵；

4)对目前已规划任务的路径，标记

中相应路径；

5)取下一个任务t_i；

6)根据就近原则和空闲状况确定执行任务小车C_i；

7)根据任务t_i的起始位置O_i和终止位置D_i，利用Dijkstra算法和

规划最短路径σ_i：

7-1)初始化，S中只包含源节点S，U包含除去V之外的其他所有节点；每个节点的邻接关系和权值已知，且权值非负；

7-2)从U中选取与S₀有邻接关系且权值最小的顶点S_k，把S_k加入到S中(S₀到S_k的最短路径长度即为权值大小，最短路径即是S₀->S_k；

7-3)以S_k为新的中间节点，考察U中与S_k邻接的节点；若从源点S₀到U中节点的距离(经过S_k)比原来的距离(不经过S_k)的短，则修改U中已经考察过顶点的路径，修改后的路径值为经过S_k的路径；同时把新的具有最短路径的节点加入S；

7-4)重复执行步骤7-2)和7-3).直到所有顶点都包含在S中或者已经找到最短路径；

8)根据规划的最短路径σ_i，标记

中相应路径；

9)进行是否有未处理任务整理，是为返回步骤5)，否则结束。

2.根据权利要求1所述的一种基多AGV无碰撞路径规划算法，其特征在于：步骤1)包括：

1-1)交通地图中规划出的每条弧表示可双向行驶的单行道，即该路径只能允许一台AGV通过，但AGV可以在此路径上双向行驶；

1-2)小车运行时速度恒定，本系统中假设所有小车运行速度为lm/s；

1-3)每一条路径在同一时间只能被一个小车占据，即不允许两辆小车同时出现在同一段路径上；

1-4)为保证AGV不会发生碰撞，每个AGV都有自己的安全区域，设安全区域的半径为r(r根据车体大小和速度确定)，在此区域范围内，别的AGV不能进入；

1-5)每个任务被在下发时指定一个优先级，具有同样优先级的任务，较早下达的任务有更高的优先权；

1-6)每一条路径中的转弯大部分都是直角，转弯时间设定为常数；两条路径在同一直线上则不需要转弯；

1-7)取货卸货操作需要用的时间定义为常数，充电采用快充方式，AGV只有在电池电量低于一定的值的时候才进行充电，充电时间也近似为一个常数；

1-8)任务只包括一个起点一个终点，如果一个任务是从取货点A运送货物到B点，且该任务需要目前在C点的小车R执行，则该任务可分成两个任务，分别是让R从C点到A点，和让R从A点到B点。

3.根据权利要求2所述的一种基多AGV无碰撞路径规划算法，其特征在于：步骤2)包括：

2-1)设图G＝(V，E)表示整个交通地图，其中：

V＝{v₁，v₂，…，v_p}表示地图中所有节点的集合，

E＝{e₁，e₂，...，ex)表示所有连接节点的弧的集合，

2-2)w_ij表示节点(i，j)之间弧的权值；

W为表示图G的邻接矩阵；其中W中(i,j)位置上的值为连接i，j节点的边的权值；

2-3)R＝{c₁，c₂，…，c_n)为系统中可执行任务小车集合；

2-4)M＝{t₁，t₂，…，t_m}为当前需要执行的任务集合；

2-5)P_i为任务t_i的优先级；

2-6)O_i为任务t_i的起始位置；

2-7)D_i为任务t_i的终止位置；

2-8)σ_i＝(e_j，e_k，…，e_q)为任务t_i的执行路径，该路径为一系列弧段的集合，从起始位置O_i到终止位置D_i的路径可以表示为有序弧段集合，其中e_j，e_k，…，e_q∈E，是环境地图边集合中的路段；

2-9)m_i＝(O_i，D_i，σ_i，P_i，r_i)描述任务t_i。

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