CN109144629B - 一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法，建立语义web步骤如下：先根据地图对产线各工位和仓库站点位置进行语义标记；再根据产线工艺流程，对标记站点进行工作内容标记；对站点需求信息进行货物与位置、数量、操作词的关联解析。语义web的应用包括站点请求信息采集、语音识别、任务解析、AGV调度与控制等模块，一种应用示例是：站点发出请求信息，识别模块识别请求语音，解析模块进行语义解析并发布完整任务信息，各个自主导航AGV根据自身位置和载荷决定是否响应，调度与控制模块依据就近原则从已响应AGV中指定一台执行任务。本发明具有改善和提升AGV及调度系统工作质量和效率的有益效果。

Description

一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法。

背景技术

自动引导运输车(AGV)具有自动化程度高、应用灵活、可长时间长距离高强度劳作、安全且高可靠性、低成本、易维护、美观等优点，作为联系和调节离散型物流管理系统自动化搬运装卸手段，在制造企业应用广泛。随着柔性制造系统、产线自动化物流技术和“智能工厂”技术的不断发展，研发出各种类型AGV，其技术水平越来越高，应用范围日益拓展。譬如在有轨、定线磁导航AGV之后研发出现的无轨自主导航AGV，可以在无任何硬件预设的条件下，在陌生的室内环境通过操控运行而产生环境地图，然后完全自主规划路径，自动达到指定地点。然而，无论哪种AGV，目前其运行要么是基于定时定点执行，要么是基于单点呼叫的响应，都是被动执行单任务，AGV本身不能理解和校核任务，也不能主动“抢”任务，AGV调度系统缺乏优化管理，且主要面向固定流程和节奏的单品种或少品种产线。

语义是对数据的解释。智能工厂内的各传感器能实时采集各种数据，构成大数据，但这些数据的意义是什么，代表什么，具有什么样的含义，机器是不能够直接理解数据的，即无法理解人类工厂环境的意义。因此将工厂产线环境数字化，并且通过一种简单有效的语义Web将数字化的产线环境与人类语言对应关联，使AGV调度系统能优化调度、AGV能理解运行任务和主动工作，AGV和工位、仓库可互相检查、校核所执行的任务是否正确无误，将可大大改善和提升AGV及调度系统的工作质量和效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法，面向不同流程和节奏的多品种柔性产线，通过一种简单有效的语义web将产线环境与人类语言对应关联，优化AGV调度、使AGV能理解运行任务和主动工作，AGV和工位、仓库可互相校核所执行的任务是否正确，改善和提升AGV及调度系统的工作质量和效率。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种产线运输车的语义web环境建立与工作方法，使操作人语言所表达的指令信息，能够被AGV系统识别和理解，从而实现智能控制。包括两大部分，第一部分为语义web的建立，第二部分为语义web的工作。

第一部分建立语义web包括三个基本步骤：

首先对产线场地信息进行语义定义。基于既有平面设计/布置图或智能AGV实地扫描探测后所建的平面环境地图并经栅格化，对产线工位及相关仓库的各个工作站点名称及其与AGV停靠对接位置进行语义标记，如“工位1”、“工位2”、“原料库1”、“原料库2”、“成品库1”、“工具库1”、“废品库1”…等等，每个标记都同时包含了其与AGV停靠对接点在地图上的定位信息。

然后，根据产线的工序和流程，对各个已标记工作站点的内容进行标记。对加工/装配工位，其内容就是代号表示该工位被分配执行哪道加工/装配工序，譬如“工序3”(柔性产线工位内容是可变的)；对原料库而言，其内容标记就是用代号表示所存放原料的地址、品名和类别及代号信息(譬如材料代号“A”，就包含了材料名、规格、计量单位和存放地址等信息)；成品库、废品库、工具局等内容标记类似(譬如对成品库，成品代号“H”就包含了成品名、规格、计量单位和存放地址等信息)。工位的内容标记代号与生产工艺流程中使用的工序代号一致，仓库的内容标记代号与仓库数据库中采用的物品代号一致，各种标记和代号定义是唯一的。

上述两步有语义的标记和代号输入到Web信息库中，第三步则是使用关键词将操作任务与上述标记和代号关联，组成丰富的AGV系统调度信息。上述各种标记和代号均属语义关键词，此外还有数字和量纲“件”、“进”、“出”、“从”、“到”等操作字也是语义关键词。譬如，当工位2操作员发出“进3件A，出1件H”的简短语音请求，AGV系统将生成并发布“工位2□从□原料库1□进□原料A□3件，出□成品H□1□件□到□成品库1”这样的详细信息，所有的AGV都可接收到系统发布的详细信息并理解其内容，这样就建立起该产线的AGV工作语义web。

以上标记和代号、关键词可以使用中文或英文，也可以是简略词或首字母，譬如“material store 1”(或“MS 1”)、“produce store 1”(或“PS 1”)、“work position 1”(或“WP 1”)、“from”、“to”、“get”、“ship”等等。如果工位、仓库操作员采用语音输入请求信息，则在上述第三步需加入对关键词的语音识别训练，以使操作员所在处的传感器和系统处理器能正确识别和解析所输入的语音请求。如果工位、仓库操作员采用按键输入请求信息，为加快输入，尽可能地简化关键词，缩短信息长度，如将“工位2从原料库1进3件原料A，从工位2出1件成品H到成品库1”简化成“MS1,A,3to WP2；H,1to PS1”；又由于原料A已知是放在原料库1、成品H是放在成品库1的，而发请求的工位是系统能识别标记和位置的，故输入请求信息可进一步简化为“get A,3；ship H,1”，而AGV系统解析后将还原和发布“MS1,A,3toWP2；H,1to PS1”这样的完整需求信息，所有的AGV都可接收到系统所发布的详细需求信息并理解其内容。

第二部分应用语义web，通过请求信息采集模块，请求信息识别模块，请求信息解析模块，AGV调度与控制模块来完成。

第二部分应用语义web，通过请求信息采集模块，请求信息识别模块，请求信息解析模块，AGV调度与控制模块来完成。

请求信息采集模块由若干信息输入装置组成，这些信息输入装置安装在各个工位、仓库等有使用AGV需求的地点，用于采集操作员向AGV系统发出的请求信息，譬如“进3件A，出1件H”。

请求信息识别模块安装在AGV系统中，用于识别各工位、仓库操作员发来的语音请求，并将其转换成文字或符号信息(如果操作员采用按键方式输入请求信息，则可跳过识别模块)。

请求信息解析模块安装在AGV系统中，对所识别的请求信息进行语义解析，根据语义web中的定义和关联，将简短的请求信息正确转换成“MS1,A,3to WP2；H,1to PS1”(即“工位2□从□原料库1□进□原料A□3件，出□成品H□1□件□到□成品库1”)这样的详细信息并发布，所有的AGV都可接收到发布的详细需求信息并理解其内容(理解要从哪里到哪里、自身是否还有剩余载货能力，不需要理解货物物品和数量，货物物品和数量由工位、仓库操作员掌控)。

AGV调度与控制模块包括AGV系统中的调度、控制软硬件和各台AGV的响应、控制软硬件，当系统发布了需求详细信息后，所有空闲的AGV都可以主动“抢”任务(甚或在役而不满载的AGV也可主动要求“拼车顺载”)，发出响应信号；对所有响应的AGV，调度软件按就近原则，选择其中一台AGV，向其发出执行指令，同时向其他响应的AGV发出取消指令。被指定的AGV立即执行指令，并将任务全文(譬如“MS1,A,3to WP2；H,1to PS1”)显示在面板上，供工位和仓库操作员检查核对任务内容是否正确；当执行完某项任务，响应的显示将消失。需说明的是：传统的AGV调度系统可直接给某台AGV下指令去某个地点，但面向的是按规定路径行驶、遇到障碍需人工排除后才恢复运行的AGV；本发明面向的是无轨、自主规划路径、遇到障碍会减速并自行绕道运行的AGV，其运行路径和时间都是自主动态变化的，而不是由调度系统给定，因此不宜由调度系统直接指定承接任务的AGV。

由于上述的应用并不需要特定AGV运行路线和物流内容，故可适应于自主AGV和柔性产线环境。

进一步地，语义web的使用过程，通过请求信息采集模块，请求信息识别模块，请求信息解析模块，AGV调度与控制模块来完成。本发明提供该语义web工作的一种示例：站点操作者发出请求信息，识别模块识别请求语音，解析模块进行语义解析并发布完整任务信息，各个自主导航AGV根据自身位置和载荷决定是否响应，调度与控制模块以最快捷原则从已响应AGV中指定一台执行任务。

进一步地，站点操作员可以使用按键或语音直接输入与语义web定义关联的简短请求信息，经解析模块解析发布完整任务，承担任务的AGV上显示运行任务，使发、运、收三方可实时核对，避免物流错误。请求信息和运行任务中的标记和代号、关键词可以使用中文或英文以及简略词或首字母。

进一步地，该方法可服务于多品种共线生产且节拍不同的制造环境。

进一步地，该方法可用于无需预设任何有形或无形导轨、反光板等，无规定运行路径和时间的自主运行AGV管理。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)可使用车间产线既有平面设计或布置图，或者使用自主导航AGV受控在车间巡航一遍后生成的环境地图，标记为个工位和各个仓库的AGV停靠点，用于AGV运行停靠精确定位。

(2)可利用既有仓储数据库的信息，关联到AGV系统中，通过关键词和操作短语构建语义web，用于明确AGV运行任务，使发、运、收三方可实时核对，避免物流错误。

(3)可用于无需预设任何有形或无形导轨、反光板等，无规定运行路径和时间的自主运行AGV管理。

(4)工位、仓库操作员可使用语音或按键发出多个和具体任务请求，而不仅仅是发出“要车”信号。

(5)使AGV能理解运行任务和根据自身现状主动响应具体需求、执行多任务，甚至可以“顺载拼车”；使AGV调度系统能优化调度，提高AGV系统智能化程度、提高物流效率、减少消耗和减少车间交通负荷。

(6)使AGV系统可服务于多品种共线生产且节拍不同的制造环境。

附图说明

图1是本发明中工厂产线平面布置和自主运行AGV示意图；

图2是本发明中建立语义web流程图；

图3是本发明中语义web的工作流程图。

具体实施方式

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。

实施例

一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法实施请参阅附图1至图3，图1是工厂产线平面布置和自主运行AGV示意图，图2是建立语义web流程图，图3是本发明提供的一种语义web应用流程图。

其中，第一部分本实施例语义web的建立方法包括以下步骤：

第一步，对产线场地信息进行语义定义。

基于既有平面设计/布置图或智能AGV实地扫描探测后所建的平面环境地图并经栅格化，对产线工位及相关仓库的各个工作站点名称及其与AGV停靠对接位置进行语义标记，标记“工位1”、“工位2”、“原料库1”、“原料库2”、“成品库1”、“工具库1”、“废品库1”…等位置，每个标记都同时包含了其与AGV停靠对接点在地图上的定位信息。图1为一个产线平面布置和自主运行AGV示意图。

第二步，对各个已标记站点的工作内容进行标记。

对加工/装配工位，工作内容就是按工艺分配给该工位执行的工序内容，用代号标记，标记代号与生产工艺流程中使用的工序代号一致，譬如“工序3”；对原料库而言，其内容就是用代号标记所存放原料的地址、品名和类别及代号信息(譬如材料代号“A”，就包含了材料名、规格、计量单位和存放地址等信息)；成品库、废品库、工具库等内容标记类似。仓库的内容标记代号与仓库既有数据库中采用的物品代号一致。各种标记和代号定义是唯一的。

第三步，将上述两步有语义的标记和代号输入到web信息库中，使用关键词将操作任务与上述第一步中标记内容和第二步中设置的标记和代号关联。

除上述各种标记和代号之外，数字和量纲“件”、“进”、“出”、“从”、“到”等操作字也为关键词。譬如，当工位2操作员发出“进3件A，出1件H”的简短语音请求，AGV系统将生成并发布“工位2□从□原料库1□进□原料A□3件，出□成品H□1□件□到□成品库1”这样的详细信息，所有的AGV都可接收到系统发布的详细信息并理解其内容，这样就建立起该产线的AGV工作语义web，其流程如图2所示。

在第三步中，为了简化命令，针对键盘手动输入的情况，以上标记和代号、关键词可以使用英文以及简略词、首字母，如“material store 1”(或“MS 1”)、“produce store1”(或“PS 1”)、“work position 1”(或“WP 1”)、“from”、“to”、“get”、“ship”等等。

第二部分应用语义web建立后的工作实施例。

语义web系统的应用工作由请求信息采集模块，请求信息识别模块，请求信息解析模块，AGV调度与控制模块来完成，具体实施例如下，实施例流程如图3所示。

首先在语义web建立后，操作者通过安装在各个工位、仓库等有使用AGV需求的地点的请求信息采集模块，用按键或语音方式发出简短请求信息如“进3件A，出1件H”，通过无线网络传输至AGV系统中的请求信息识别模块，识别发来的语音请求，并将其转换成文字或符号信息(如果操作员采用按键方式输入请求信息，则直接忽略识别过程)，并传给系统中的请求信息解析模块进行解析。该解析模块通过语义web进行匹配解析后将“进3件A，出1件H”的请求转换为在语义web中定义关联过后的完整任务信息“工位2：从原料库1进原料A3件，出成品H1件到成品库1”；

在请求信息解析模块中完成解析的操作者语义信息由AGV调度与控制模块发布给所有用户，即所有AGV和工位、仓库；各台AGV自行判断自身是否空闲，是否有剩余的运力承担发布的最新任务。当AGV空闲或剩余有足够运送能力且输送线路与正在执行的任务路线吻合或就近时，该AGV即可发出响应信息；AGV调度与控制模块依据就近原则从所有发出响应信息的AGV中指定执行该新任务的AGV，并指令其他AGV消除响应；接受新任务AGV确定执行任务指令后，即开始自主导航运行，并在自己的显示面板上显示内容为“工位2：从原料库1进原料A3件，送出成品H1件到成品库1”的完整任务信息，供工位和仓库操作员检查核对收、发任务内容是否正确。当AGV逐步执行完所有命令，

AGV显示面板的指令信息会清零，直到再次接到命令。

由于在建立语义web的过程中，针对不同的操作方式和习惯，设置了按键手动输入命令的方式，将定义过的信息和指令简化为英语首字母简拼，针对上述语音操控的应用例，手动输入内容为“MS1，A，3to WP2；H，1to PS1”，该信息直接发送到系统中的请求信息解析模块进行解析。随后的命令解析、任务发布与执行过程与语音操控实施例相同。

由于上述的应用并不需要特定AGV运行路线和物流内容，故可适应于自主AGV和柔性产线环境。

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上述实施例的限制，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。

Claims (4)

1.一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法，其特征在于，所述的方法包括语义web的建立步骤和语义web的工作步骤，

其中，所述的语义web的建立步骤包括：

S1、对产线场地信息进行语义定义，基于既有平面设计图、布置图或智能AGV实地扫描探测后所建的平面环境地图并经栅格化，对产线工位及相关仓库的各个工作站点名称及其与AGV停靠对接位置进行语义标记，每个标记都同时包含其与AGV停靠对接点在地图上的定位信息；

S2、根据产线的工艺流程，对各个已标记站点的工作内容使用代号进行标记；

S3、使用关键词将操作任务与S1中标记和S2中代号关联，将工作站点的简单请求解析生成完整任务信息；

所述的语义web的工作由请求信息采集模块、请求信息识别模块、请求信息解析模块、AGV调度与控制模块完成，工作步骤包括：

T1、操作者通过安装在各个具有使用AGV需求的工位、仓库的请求信息采集模块，使用按键或语音直接输入与语义web定义关联的简短请求信息；

T2、请求信息通过无线网络传输至AGV系统中的请求信息识别模块，识别发来的语音请求，并将其转换成文字或符号信息，并传给系统中的请求信息解析模块进行解析；

T3、解析模块通过语义web进行匹配解析后将请求转换为在语义web中定义关联过后的完整任务信息；

T4、该完整任务信息由AGV调度与控制模块发布给所有用户，即所有AGV和工位、仓库；

T5、空闲或剩余运送能力的AGV发出响应信息；

T6、AGV调度与控制模块依据就近原则从所有发出响应信息的AGV中指定执行新任务的AGV，并指令其他AGV消除响应；

T7、接受新任务AGV确定执行任务指令后，即开始自主导航运行，并在自己的显示面板上显示完整任务信息；

T8、AGV达到站点后，工位和仓库操作员检查核对收、发任务内容是否正确；

T9、当AGV逐步执行完所有命令，AGV显示面板的指令信息会清零，直到再次接到命令。

2.根据权利要求1所述的一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法，其特征在于，所述的语义web关联的信息包括：

各工位在地图上的位置信息；

各仓库在地图上的位置信息；

各站点工作内容信息；

数字、操作词，操作词包括“出”、“进”、“从”、“到”。

3.根据权利要求1所述的一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法，其特征在于，所述的语义web的工作步骤中，站点操作员使用按键或语音直接输入与语义web定义关联的简短请求信息，经解析模块解析发布完整任务，承担任务的AGV上显示运行任务，使发、运、收三方可实时核对，避免物流错误。

4.根据权利要求3所述的一种柔性产线AGV系统语义web的建立及工作方法，其特征在于，请求信息和运行任务中的标记和代号、关键词使用中文全称或英文全称或英文简略词或英文首字母。

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