CN108955708A - 自动导引运输车最短环形路径导航方法及导引运输车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动导引运输车最短环形路径导航方法及自动导引运输车，根据工作场所中节点坐标信息，生成包含工作场所路段实际信息邻接矩阵图；在邻接矩阵图中找出任务需求的最短单向环形路径；在工作场所设置一毫米波雷达，陀螺仪测量自动导引运输车速度、方向、加速度，并实时反馈给终控机；终控机根据毫米波雷达反馈信息，工控机控制驱动模块完成位置校正。本发明通过采用单向环形路径规划方法，采用迪杰斯特拉算法解决了最短路径算法中非负权值图中两点间最短路径搜索，提高自动导引运输车路径规划效率，从而简化了路径规划上难度，再借助毫米雷达波、陀螺仪的实时校正，确保自动导引运输车准备通过最短路径，到达目标位置。

Description

自动导引运输车最短环形路径导航方法及导引运输车

技术领域

本发明涉及车辆自动导引领域，尤其涉及一种自动导引运输车最短环形路径导航方法及导引运输车。

背景技术

随着科技的发展，车辆的自动导引技术被广泛的应用，车辆能够按照规划好的路线自动运行，不需要人工操作，因而能大大提高工作效率，节约人工成本。

目前的自动导引方式主要是光学导引、电磁导引等方法。然而这些方法都有其局限性，随着技术的发展，也出现了一些新的导向技术，如视觉导引技术，此方法能有效降低导引难度，使车辆便于控制，但控制精度比较低，并且在长时间的工作后，容易产生积累误差，影响正常的作业。

自动导引运输车路径规划在运行过程中起着关键作用，虽然有关自动导引运输车路径规划的研究已经有几十年，但由于自动导引运输车所处的工作环境具有复杂程度高、避障困难、优化路径难度大的特点，所以仍然有许多值得研究探索的地方。路径规划方法是对路径规划的关键，它在自动导引运输车的运行过程中起着重要作用。

发明内容

本发明的目的是设计一种自动导引车最短环形路径导航方法，并设计了基于该方法的自动导引运输车。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种自动导引运输车最短环形路径导航方法及导引运输车，包括以下步骤：

步骤一，根据工作场所中节点坐标信息，节点关系信息，生成包含工作场所路段实际信息邻接矩阵图；

步骤二，通过迪杰斯特拉算法，在邻接矩阵图中找出任务需求的最短单向环形路径；

步骤三，在工作场所内设定一个地面坐标系，在工作场所设置一毫米波雷达，以毫米波雷达所在位置为地面坐标系的原点；在工作场所设置一终控机，终控机中设置一与所述地面坐标系具有点对应关系的空间坐标系；

步骤四、终控机通过无线通信模块与自动导引运输车的工控机建立无线桥接，工控机连接驱动模块、陀螺仪；在终控机内输入步骤二确定的最短单向环形路径，终控机将信息发送给工控机，工控机控制驱动模块驱动自动导引运输车移动；

步骤五、毫米波雷达测量自动导引运输车的在地面坐标系的位置，陀螺仪测量自动导引运输车速度、方向、加速度，并实时反馈给终控机；

步骤六、终控机根据毫米波雷达反馈信息，计算自动导引运输车实际移动轨迹，与最短单向环形路径进行比对；根据陀螺仪反馈信息，并与上次反馈数据比对，计算出自动导引运输车前进的位移、方向、偏向角；

步骤七、终控机根据自动导引运输车实际位置和运动状态，向工控机发出位置校正信息，工控机控制驱动模块完成位置校正，控制自动导引运输车按最短单向环形路径移动。

一种基于最短环形路径导航方法的自动导引运输车，包括车体，车体上安装有工控机，工控机通过驱动模块控制车体运动，车体上还安装有陀螺仪；还包括一设置在自动导引运输车工作场所内的地面坐标系，地面坐标系原点设有毫米波雷达；还包括一设置在自动导引运输车工作场所内的终控机、无线通信模块，终控机内还设有基于迪杰斯特拉算法的最短单向环形路径规划模块；所述无线通信模块建立终控机与工控机无线桥接，陀螺仪测量车体运动速度、运动方向、加速度，通过无线通信模块实时反馈至终控机。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用单向环形路径规划方法，采用迪杰斯特拉算法解决了最短路径算法中非负权值图中两点间最短路径搜索，提高自动导引运输车路径规划效率，从而简化了路径规划上难度，再借助毫米雷达波、陀螺仪的实时校正，确保自动导引运输车准备通过最短路径，到达目标位置。

附图说明

图1为工作场所路段实际信息邻接矩阵示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种自动导引运输车最短环形路径导航方法及导引运输车，包括以下步骤：

步骤一，根据工作场所中节点坐标信息，节点关系信息，生成包含工作场所路段实际信息邻接矩阵图，如图1所示；

步骤二，通过迪杰斯特拉算法，在邻接矩阵图中找出任务需求的最短单向环形路径。

迪杰斯特拉算法算法是目前公认的解决非负权值图中两点间的最短路径搜索最合适的算法之一。多次调用迪杰斯特拉算法解决最短路径算法中非负权值图中两点间最短路。

设G(V,E)是一个带权有向图，其中V代表图中节点集合，E代表图中边的集合，它的每条边(U,V)都有对应的权值W(U,V)(通常为正数)。有向图G中最短路径求解，即对于给定起点、终点寻找两节点间的最短路径，由于起点、终点已知，该方法被称为单源最短路径算法。其中图中节点集合V分为两组：

组一：已经确定最短路径节点的集合，用S表示，初始化时S中只有起点，以后每求出一个点的最短路径，就将该点加入S中，直至全部节点均加入到S中或求出目标点的最短路径，算法退出；

组二：尚未确定最短路径节点的集合，用U表示，按最短路径长度的递増次序依次将U中的节点加入S中。加入的过程中，始终保持从起点、到S中各节点的最短路径长度不大于从起点到中任何节点的最短路径长度。同时，S中的节点的距离就是从V到此节点的最短路径长度，而U中的节点的距离是从V到此节点只包括S中的节点为中间节点的当前最短路径长度。

本发明根据车间布局提取工作场所(生产车间)中节点坐标，节点关系，从而生成包含车间路径信息的邻接矩阵图，在此基础上调用迪杰斯特拉算法生成任意两个节点间的最短路径，然后依次去掉最短路径中一条边再反复调用迪杰斯特拉算法生成m条最短路径，生成最短路径库，k为上次的最短路径条数，其中：

当m≤k时，路径第一条为最短路径，其余按搜索先后顺序进行排列；

当m＞k时，路径第一条仍为最短路径，保存最先搜索到的前k条路径，然后将新搜到的路径与己保存的路径长度做对比，剔除路径长度最长的路径。

本发明的最短路径库生成的具体步骤如下：

(1)根据工作场所即车间地图中节点坐标信息，节点关系信息，先生成包含车间路段实际信息邻接矩阵图；

(2)采用迪杰斯特拉算法求出起始节点i到目标节点j的最短路径，并将相应节点信息储存在包含路径库信息矩阵中，记录的信息包括路段中节点数目、路段数目、路段长度，其中存储形式为path(i,j,1)，表示为起始节点i到目标节点j的搜索到第一条路径；

(3)统计当前备选路径数目，判断当前备选路径数目是否大于设定的备选路径数目最大值，是则转向(4)，否则转向(5)；

(4)对当前备选路径按长度进行排序，剔除路径长度最长的路径，保证备选路径数目为预先设定的数目，提高在线调度时的搜索效率；

(5)根据最短路径上的路段信息，判断是否需要继续生成新的路段，即要求某一时刻的同一节点、路段只能运行最多一辆自动导引运输车，是转向(6)，否则转向(7)；

判断是否需要继续生成新的路段的方法具体如下：

(5-1)通过生成节点时间窗，防止自动导引运输车在节点时间窗产生重叠的方式避免节点冲突发生，包括相向冲突和十字交叉节点冲突。在节点时间线上标注每个自动导引运输车在该节点上占用的时间窗，包括小车编号、起始时间、结束时间，时间窗长度，并对节点上各自动导引运输车的时间窗按时间线进行排序。

(5-2)设定自动导引运输车为匀速移动，避免发生追及冲突，通过生成路段时间窗，防止自动导引运输车在路段时间窗产生重叠的方式避免路段相向冲突发生。路段冲突需要考虑自动导引运输车运行所处路段的方向，运行路段产生重叠的段数。针对每个自动导引运输车所行路段路段生成其经过所有节点组成的所有路段上占用的路段时间窗，包括小车编号、起始时间、结束时间、路段时间。依次搜索所有的自动导引运输车，并进行排序。

(5-3)对当前所有节点和路段上对应的时间窗进行排序，查找删除重复重叠的，全部删除后，如果某自动导引运输车不能满足运行要求，则需要重新生成路径。

(6)依次删除起始节点i到目标节点j当中最短路径的一条边，即依次设最短路径中的一条边长度为∞，在新的邻接矩阵图下调用迪杰斯特拉算法求出当前最短路径，转向(3)；

(7)判断起始节点i和目标节点j的值，i≤N，j＜N时，i不变，j＝j+1；i＜N，j＝N时，i＝i+1，j＝j+1，转向(2)；起始节点i和目标节点j的值的集合，即为最短路径库；

(8)离线路径库生成成功，并且生成的路径中第一条即为最短单向环形路径，其余路径中包含次短路经。

步骤三，在工作场所1内设定一个地面坐标系，在工作场所1设置一毫米波雷达2，以毫米波雷达2所在位置为地面坐标系的原点；在工作场所1设置一终控机3，终控机3中设置一与所述地面坐标系具有点对应关系的空间坐标系；

步骤四、终控机3通过无线通信模块4与自动导引运输车5的工控机6建立无线桥接，工控机6连接驱动模块7、陀螺仪8；在终控机3内输入步骤二确定的最短单向环形路径，终控机3将信息发送给工控机6，工控机6控制驱动模块7驱动自动导引运输车5移动；

步骤五、毫米波雷达2测量自动导引运输车5的在地面坐标系的位置，陀螺仪8测量自动导引运输车5速度、方向、加速度，并实时反馈给终控机3；

步骤六、终控机3根据毫米波雷达2反馈信息，计算自动导引运输车5实际移动轨迹，与最短单向环形路径进行比对；根据陀螺仪8反馈信息，并与上次反馈数据比对，计算出自动导引运输车5前进的位移、方向、偏向角；

步骤七、终控机3根据自动导引运输车5实际位置和运动状态，向工控机6发出位置校正信息，工控机6控制驱动模块7完成位置校正，控制自动导引运输车5按最短单向环形路径移动。

一种基于最短环形路径导航方法的自动导引运输车，包括车体9，车体9上安装有工控机6，工控机6通过驱动模块7控制车体9运动，车体9上还安装有陀螺仪8；还包括一设置在自动导引运输车5工作场所1内的地面坐标系，地面坐标系原点设有毫米波雷达2；还包括一设置在自动导引运输车5工作场所1内的终控机3、无线通信模块4，终控机3内还设有基于迪杰斯特拉算法的最短单向环形路径规划模块(图中未画出)；所述无线通信模块4建立终控机3与工控机6无线桥接，陀螺仪8测量车体运动速度、运动方向、加速度，通过无线通信模块4实时反馈至终控机3。

所描述的实施例仅仅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做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。

Claims (2)

1.一种自动导引运输车最短环形路径导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据工作场所中节点坐标信息，节点关系信息，生成包含工作场所路段实际信息邻接矩阵图；

步骤二，通过迪杰斯特拉算法，在邻接矩阵图中找出任务需求的最短单向环形路径；

步骤三，在工作场所内设定一个地面坐标系，在工作场所设置一毫米波雷达，以毫米波雷达所在位置为地面坐标系的原点；在工作场所设置一终控机，终控机中设置一与所述地面坐标系具有点对应关系的空间坐标系；

步骤四，终控机通过无线通信模块与自动导引运输车的工控机建立无线桥接，工控机连接驱动模块、陀螺仪；在终控机内输入步骤二确定的最短单向环形路径，终控机将信息发送给工控机，工控机控制驱动模块驱动自动导引运输车移动；

步骤五，毫米波雷达测量自动导引运输车的在地面坐标系的位置，陀螺仪测量自动导引运输车速度、方向、加速度，并实时反馈给终控机；

步骤六，终控机根据毫米波雷达反馈信息，计算自动导引运输车实际移动轨迹，与最短单向环形路径进行比对；根据陀螺仪反馈信息，并与上次反馈数据比对，计算出自动导引运输车前进的位移、方向、偏向角；

步骤七，终控机根据自动导引运输车实际位置和运动状态，向工控机发出位置校正信息，工控机控制驱动模块完成位置校正，控制自动导引运输车按最短单向环形路径移动。

2.一种基于最短环形路径导航方法的自动导引运输车，其特征在于，包括车体，车体上安装有工控机，工控机通过驱动模块控制车体运动，车体上还安装有陀螺仪；还包括一设置在自动导引运输车工作场所内的地面坐标系，地面坐标系原点设有毫米波雷达；还包括一设置在自动导引运输车工作场所内的终控机、无线通信模块，终控机内还设有基于迪杰斯特拉算法的最短单向环形路径规划模块；所述无线通信模块建立终控机与工控机无线桥接，陀螺仪测量车体运动速度、运动方向、加速度，通过无线通信模块实时反馈至终控机。