CN110009259A - 一种应用于双向路径下柔性制造车间的多agv调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于导航与控制技术领域，设计一种应用于双向路径下柔性制造车间的多AGV调度方法。该方法通过对统计搬运任务与空闲小车数量，对搬运任务进行筛选，除去一些不合理的搬运任务。分别计算搬运的优先级，按任务优先级从高到低的顺序依次把任务分配空闲小车并搜索临时路径，并对路径上所有节点加入时间窗。通过时间窗判断是否存在AGV冲突，分别采用等待与重新搜索路径的方法避免节点冲突与相向冲突。本发明设计的调度方法能有效解决双向路径下动态调度AGV调度问题，能有效提高AGV运行效率与工厂生产效率。

Description

一种应用于双向路径下柔性制造车间的多AGV调度方法

技术领域

本发明涉及一种应用于双向路径下柔性制造车间的多AGV调度方法，更具体的说，本发明涉及一种应用于双向路径下离散动态车间的多AGV调度方法。

背景技术

自动引导车(Automated Guided Vehicle，AGV)作为一种无人驾驶的自动化搬运车辆，已广泛应用于制造，仓储配送，物流等领域。对于柔性制造的车间，随着车间布局的限制与AGV数量的增多，调度问题也变得越来越复杂，而一个稳定可靠的调度方法成为提高整个车间生产效率的保障。对于大多数的多AGV调度方法都是基于启发式的调度规则，在单路径网络下规划多AGV运动路径。但对于双向路径下的柔性制造车间的多AGV调度，由于其搬运任务产生时间很难预知且路径冲突的可能性加大，故只用启发式的调度规则很难满足该环境下的多AGV调度。为解决这一难题，本发明提出了基于任务调度、启发式算法与时间窗相结合的多AGV调度原理，设计了一种争对双向路径下柔性制造车间的多AGV调度方法。

发明内容

本发明设计了一种应用于双向路径下柔性制造车间的多AGV调度方法，该方法能够应用于双向路径下柔性制造车间的多AGV调度。

本发明设计了一种应用于应用于双向路径下柔性制造车间的多AGV调度方法，其特征是，包含步骤如下：

步骤1：创建车间拓扑地图，所述的拓扑地图包括：路径节点、加工站、加工站装载节点、加工站卸载节点、加工站输入缓冲区、加工站输出缓冲区、AGV位置、AGV双向行走路径；所述的加工站负责加工元件，所述的加工站输入缓冲区负责放置等待加工站加工的工件，所述的加工站输出缓冲区负责放置该加工站加工完成等待AGV搬运的工件；AGV通过所述的加工站装载节点将工件送至所述的加工站输入缓冲区，通过所述的加工站卸载节点将工件运出所述的加工站输出缓冲区；

步骤2：对步骤1所述的加工站缓冲区、加工站输出缓冲区设置最大容量；对步骤1所述的加工站卸载节点、加工站装载节点、路径节点设置节点编号，具有唯一性；统计步骤1拓扑地图中AGV数量，对所有AGV设置编号，且具有唯一性；在拓扑地图中可以获取加工输入缓冲区的工件数量、加工站输出缓冲区工件数量以及AGV小车的位置和状态；

步骤3：获取拓扑地图中所有加工站输入缓冲区工件数量、输出缓冲区工件数量和AGV状态；当加工站输入缓冲区工件数量小于该加工站缓冲区最大容量或加工站输出缓冲区数量大于0，此时构成加工站输入区搬运任务或加工站输出区搬运任务；统计系统中的搬运任务数量t与空闲AGV数量a，并分别构成任务集S_t与空闲小车S_a；

步骤4：对步骤3所述的任务集S_t进行筛选；设步骤1所述的拓地图中加工站数量为m，加工站输入缓冲区最大容量C₁(m)，加工站输出缓冲区最大容量为C₀(m)，正在运向加工站输入缓冲区的AGV数量为L₁(m)，加工站输出区已经分配好任务的AGV数量为L₀(m)，当前加工站输入区与输出区工件数量分别为c₁(m)与c₀(m)，正在加工的工件数量为D(m)；按照公式(1)计算各个加工站的可分配容量U(m)，当加工站U(m)＜0，任务集S_t中存在该加工站输入区任务而不存在该加工站输出区任务时，则从任务集合S_t中除去该加工站输入区任务，统计没被除去的任务数量T并构成待分配任务集S_T；

U(m)＝C₁(m)+C₀(m)+L₀(m)+1-D(m)-L₁(m)-c₁(m)-c₀(m) 公式(1)

步骤5：确定步骤4所述的待分配任务集S_T中每个任务的优先级；将所述的待分配任务集合S_T中的任务表示为Task(O_i，I_j)，所述的O_i代表该任务起始加工站输出装载节点i，所述的I_j代表该任务目标加工站输入卸载节点j；按照公式(2)计算每个Task(O_i，I_j)中起始加工站输出剩余率F_i；按照公式(3)计算每个Task(O_i，I_j)中目标加工站输出缓冲区剩余率F_j，可得每个Task(O_i，I_j)的优先级所对应的优先率P_ij＝F_i+F_j，优先率高的任务所对应的优先级高；对于优先级相同的任务，则已经经过若干道工序处理的工件所处任务其优先级高：

步骤6：对步骤4所述的任务集S_T中的任务按照步骤5所述的的优先级从高到低的顺序依次分配给步骤3所述的空闲小车集S_a中距离该任务装载节点最近的空闲小车，分配完任务的小车数量为A并构成待调度小车集S_A；分配后存在多余空闲小车或搬运任务，则保留至步骤3所述的S_a中或步骤3所述的S_t中等待下一轮调度分配；

步骤7：选取步骤6所述的待调度小车集S_A中任务优先级最高的小车；设所述的任务优先级最高的小车为Agv_G，G为该小车编号；Agv_G在步骤1所述的拓扑地图上利用Astar算法搜索临时最短路径；

步骤8：对步骤7所述的AGV_G进行路径规划；设置AGV速度为V₁，AGV长度为l₀，AGV安全距离为l₁，当前时间为t₁，AGV误差时间为T_w，AGV从当前节点到下一个相邻节点C时间为T_C，C为节点编号；按照公式(4)计算AGV保留节点C的时间t_C ⁱⁿ；按照公式(5)计算AGV释放节点C的时间t_C ^out；则AGV的经过节点C的节点时间窗表示为W_C＝[t_C ⁱⁿ，t_C ^out]，所述的保留节点C为当AGV小车进入节点C后对节点C加锁且不允许其他AGV小车通过，所述的释放节点C为当AGV安全通过节点C后对节点C解锁且允许其他AGV通过；对AGV_G路径中所经过的每个节点建立所述的节点时间窗W_C，并与拓扑地图中所有存在时间窗节点的AGV进行判断是否存在相同的节点时间窗，相同的节点时间窗是否存在交集，存在交集则说明AGV_G在该路径下存在冲突，称为AGV冲突；根据检测时间窗判断冲突类型，将冲突类型分为节点冲突和相向冲突；所述的冲突类型为节点冲突，根据步骤5所述的P_ij判断AGV_G与冲突AGV的任务优先级，任务优先级高的AGV先通过冲突节点，任务优先级低的AGV等待直到优先级高的AGV释放该节点，所述的误差时间为AGV等待所消耗的时间；所述的AGV冲突类型为相向冲突，返回步骤7对所述的AGV_G重新搜索临时路径；所述的AGV_G不存在无相向冲突的路径，则将AGV_G从步骤6所述的待调度小车集S_A中除去，返回步骤7；

步骤9：将步骤8所述的Agv_G从步骤6所述的待调度小车集S_A中除去，并判断S_A是否为空集；S_A为空集，判断是否结束调度，不结束调度则返回步骤3进行下一轮调度分配；S_A不为空集，返回步骤7。

附图说明

图1：调度流程图；

图2：AGV小车通过节点编号为1、2、3、4、5、6的节点时间窗模型图；

图3：AGV小车冲突示例图；

(a)节点冲突示例图；

(b)相向冲突示例图；

具体实施方式

步骤1：创建车间拓扑地图，所述的拓扑地图包括：路径节点、加工站、加工站装载节点、加工站卸载节点、加工站输入缓冲区、加工站输出缓冲区、AGV位置、AGV双向行走路径；所述的加工站负责加工元件，所述的加工站输入缓冲区负责放置等待加工站加工的工件，所述的加工站输出缓冲区负责放置该加工站加工完成等待AGV搬运的工件；AGV通过所述的加工站装载节点将工件送至所述的加工站输入缓冲区，通过所述的加工站卸载节点将工件运出所述的加工站输出缓冲区；

步骤2：对步骤1所述的加工站缓冲区、加工站输出缓冲区设置最大容量；对步骤1所述的加工站卸载节点、加工站装载节点、路径节点设置节点编号，具有唯一性；统计步骤1拓扑地图中AGV数量，对所有AGV设置编号，且具有唯一性；在拓扑地图中可以获取加工输入缓冲区的工件数量、加工站输出缓冲区工件数量以及AGV小车的位置和状态；

步骤3：获取拓扑地图中所有加工站输入缓冲区工件数量、输出缓冲区工件数量和AGV状态；当加工站输入缓冲区工件数量小于该加工站缓冲区最大容量或加工站输出缓冲区数量大于0，此时构成加工站输入区搬运任务或加工站输出区搬运任务；统计系统中的搬运任务数量t与空闲AGV数量a，并分别构成任务集S_t与空闲小车S_a；

步骤4：对步骤3所述的任务集S_t进行筛选；设步骤1所述的拓地图中加工站数量为m，加工站输入缓冲区最大容量C₁(m)，加工站输出缓冲区最大容量为C₀(m)，正在运向加工站输入缓冲区的AGV数量为L₁(m)，加工站输出区已经分配好任务的AGV数量为L₀(m)，当前加工站输入区与输出区工件数量分别为c₁(m)与c₀(m)，正在加工的工件数量为D(m)；按照公式(1)计算各个加工站的可分配容量U(m)，当加工站U(m)＜0，任务集S_t中存在该加工站输入区任务而不存在该加工站输出区任务时，则从任务集合S_t中除去该加工站输入区任务，统计没被除去的任务数量T并构成待分配任务集S_T；

U(m)＝C₁(m)+C₀(m)+L₀(m)+1-D(m)-L₁(m)-c₁(m)-c₀(m) 公式(1)

步骤5：确定步骤4所述的待分配任务集S_T中每个任务的优先级；将所述的待分配任务集合S_T中的任务表示为Task(O_i，I_j)，所述的O_i代表该任务起始加工站输出装载节点i，所述的I_j代表该任务目标加工站输入卸载节点j；按照公式(2)计算每个Task(O_i，I_j)中起始加工站输出剩余率F_i；按照公式(3)计算每个Task(O_i，I_j)中目标加工站输出缓冲区剩余率F_j，可得每个Task(O_i，I_j)的优先级所对应的优先率P_ij＝F_i+F_j，优先率高的任务所对应的优先级高；对于优先级相同的任务，则已经经过若干道工序处理的工件所处任务其优先级高；

步骤6：对步骤4所述的任务集S_T中的任务按照步骤5所述的的优先级从高到低的顺序依次分配给步骤3所述的空闲小车集S_a中距离该任务装载节点最近的空闲小车，分配完任务的小车数量为A并构成待调度小车集S_A；分配后存在多余空闲小车或搬运任务，则保留至步骤3所述的S_a中或步骤3所述的S_t中等待下一轮调度分配；

步骤7：选取步骤6所述的待调度小车集S_A中任务优先级最高的小车；设所述的任务优先级最高的小车为Agv_G，G为该小车编号；Agv_G在步骤1所述的拓扑地图上利用Astar算法搜索临时最短路径；

步骤8：对步骤7所述的AGV_G进行路径规划；设置AGV速度为V₁，AGV长度为l₀，AGV安全距离为l₁，当前时间为t₁，AGV误差时间为T_w，AGV从当前节点到下一个相邻节点C时间为T_C，C为节点编号；按照公式(4)计算AGV保留节点C的时间t_C ⁱⁿ；按照公式(5)计算AGV释放节点C的时间t_C ^out；则AGV的经过节点C的节点时间窗表示为W_C＝[t_C ⁱⁿ，t_C ^out]，所述的保留节点C为当AGV小车进入节点C后对节点C加锁且不允许其他AGV小车通过，所述的释放节点C为当AGV安全通过节点C后对节点C解锁且允许其他AGV通过；对AGV_G路径中所经过的每个节点建立所述的节点时间窗W_C，并与拓扑地图中所有存在时间窗节点的AGV进行判断是否存在相同的节点时间窗，相同的节点时间窗是否存在交集，存在交集则说明AGV_G在该路径下存在冲突，称为AGV冲突；根据检测时间窗判断冲突类型，将冲突类型分为节点冲突和相向冲突；所述的冲突类型为节点冲突，根据步骤5所述的P_ij判断AGV_G与冲突AGV的任务优先级，任务优先级高的AGV先通过冲突节点，任务优先级低的AGV等待直到优先级高的AGV释放该节点，所述的误差时间为AGV等待所消耗的时间；所述的AGV冲突类型为相向冲突，返回步骤7对所述的AGV_G重新搜索临时路径；所述的AGV_G不存在无相向冲突的路径，则将AGV_G从步骤6所述的待调度小车集S_A中除去，返回步骤7；

步骤9：将步骤8所述的Agv_G从步骤6所述的待调度小车集S_A中除去，并判断S_A是否为空集；S_A为空集，判断是否结束调度，不结束调度则返回步骤3进行下一轮调度分配；S_A不为空集，返回步骤7。

综上所述，本发明所述多AGV调度方法的优点是：解决了双向路径下柔性制造车间的多AGV调度问题，整个车间从任务调度到AGV路径规划，实现了整个工作车间中多AGV动态无碰撞高效搬运工件，提高了AGV运行效率，增加了整个车间的生产效率。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.本发明设计了一种应用于双向路径下柔性制造车间的多AGV调度方法，其特征是，包含步骤如下：

步骤1：创建车间拓扑地图，所述的拓扑地图包括：路径节点、加工站、加工站装载节点、加工站卸载节点、加工站输入缓冲区、加工站输出缓冲区、AGV位置、AGV双向行走路径；所述的加工站负责加工元件，所述的加工站输入缓冲区负责放置等待加工站加工的工件，所述的加工站输出缓冲区负责放置该加工站加工完成等待AGV搬运的工件；AGV通过所述的加工站装载节点将工件送至所述的加工站输入缓冲区，通过所述的加工站卸载节点将工件运出所述的加工站输出缓冲区；

步骤2：对步骤1所述的加工站缓冲区、加工站输出缓冲区设置最大容量；对步骤1所述的加工站卸载节点、加工站装载节点、路径节点设置节点编号，具有唯一性；统计步骤1拓扑地图中AGV数量，对所有AGV设置编号，且具有唯一性；在拓扑地图中可以获取加工输入缓冲区的工件数量、加工站输出缓冲区工件数量以及AGV小车的位置和状态；

步骤3：获取拓扑地图中所有加工站输入缓冲区工件数量、输出缓冲区工件数量和AGV状态；当加工站输入缓冲区工件数量小于该加工站缓冲区最大容量或加工站输出缓冲区数量大于0，此时构成加工站输入区搬运任务或加工站输出区搬运任务；统计系统中的搬运任务数量t与空闲AGV数量a，并分别构成任务集S_t与空闲小车S_a；

步骤4：对步骤3所述的任务集S_t进行筛选；设步骤1所述的拓地图中加工站数量为m，加工站输入缓冲区最大容量C₁(m)，加工站输出缓冲区最大容量为C₀(m)，正在运向加工站输入缓冲区的AGV数量为L₁(m)，加工站输出区已经分配好任务的AGV数量为L₀(m)，当前加工站输入区与输出区工件数量分别为c₁(m)与c₀(m)，正在加工的工件数量为D(m)；按照公式(1)计算各个加工站的可分配容量U(m)，当加工站U(m)＜0，任务集S_t中存在该加工站输入区任务而不存在该加工站输出区任务时，则从任务集合S_t中除去该加工站输入区任务，统计没被除去的任务数量T并构成待分配任务集S_T；

U(m)＝C₁(m)+C₀(m)+L₀(m)+1-D(m)-L₁(m)-c₁(m)-c₀(m) 公式(1)

步骤5：确定步骤4所述的待分配任务集S_T中每个任务的优先级；将所述的待分配任务集合S_T中的任务表示为Task(O_i，I_j)，所述的O_i代表该任务起始加工站输出装载节点i，所述的I_j代表该任务目标加工站输入卸载节点j；按照公式(2)计算每个Task(O_i，I_j)中起始加工站输出剩余率F_i；按照公式(3)计算每个Task(O_i，I_j)中目标加工站输出缓冲区剩余率F_j，可得每个Task(O_i，I_j)的优先级所对应的优先率P_ij＝F_i+F_j，优先率高的任务所对应的优先级高；对于优先级相同的任务，则已经经过若干道工序处理的工件所处任务其优先级高；

步骤6：对步骤4所述的任务集S_T中的任务按照步骤5所述的的优先级从高到低的顺序依次分配给步骤3所述的空闲小车集S_a中距离该任务装载节点最近的空闲小车，分配完任务的小车数量为A并构成待调度小车集S_A；分配后存在多余空闲小车或搬运任务，则保留至步骤3所述的S_a中或步骤3所述的S_t中等待下一轮调度分配；

步骤7：选取步骤6所述的待调度小车集S_A中任务优先级最高的小车；设所述的任务优先级最高的小车为Agv_G，G为该小车编号；AGV_G在步骤1所述的拓扑地图上利用Astar算法搜索临时最短路径；

步骤8：对步骤7所述的AGV_G进行路径规划；设置AGV速度为V₁，AGV长度为l₀，AGV安全距离为l₁，当前时间为t₁，AGV误差时间为T_w，AGV从当前节点到下一个相邻节点C时间为T_C，C为节点编号；按照公式(4)计算AGV保留节点C的时间t_C ^m；按照公式(5)计算AGV释放节点C的时间t_C ^out；则AGV的经过节点C的节点时间窗表示为W_C＝[t_C ⁱⁿ，t_C ^out]，所述的保留节点C为当AGV小车进入节点C后对节点C加锁且不允许其他AGV小车通过，所述的释放节点C为当AGV安全通过节点C后对节点C解锁且允许其他AGV通过；对AGV_G路径中所经过的每个节点建立所述的节点时间窗W_C，并与拓扑地图中所有存在时间窗节点的AGV进行判断是否存在相同的节点时间窗，相同的节点时间窗是否存在交集，存在交集则说明AGV_G在该路径下存在冲突，称为AGV冲突；根据检测时间窗判断冲突类型，将冲突类型分为节点冲突和相向冲突；所述的冲突类型为节点冲突，根据步骤5所述的P_ij判断AGV_G与冲突AGV的任务优先级，任务优先级高的AGV先通过冲突节点，任务优先级低的AGV等待直到优先级高的AGV释放该节点，所述的误差时间为AGV等待所消耗的时间；所述的AGV冲突类型为相向冲突，返回步骤7对所述的AGV_G重新搜索临时路径；所述的AGV_G不存在无相向冲突的路径，则将AGV_G从步骤6所述的待调度小车集S_A中除去，返回步骤7；

步骤9：将步骤8所述的AGV_G从步骤6所述的待调度小车集S_A中除去，并判断S_A是否为空集；S_A为空集，判断是否结束调度，不结束调度则返回步骤3进行下一轮调度分配；S_A不为空集则返回步骤7。