CN111275376A - 基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统及方法，该系统包括：虚拟现实仿真系统，用于向报文服务器发送经过加密的调度请求报文，以及接收报文服务器回传的调度响应报文并执行作业命令；报文服务器，用于接收所述虚拟现实仿真系统发送的调度请求报文进行分发和拆包处理后，发送给外围控制系统，以及接收外围控制系统的调度响应报文，反馈给所述虚拟现实仿真系统；外围控制系统，接收所述报文服务器发送的调度请求报文进行计算，并在计算完毕后反馈调度响应报文给所述报文服务器。本发明解决了在物流领域中，虚拟现实仿真难以真实有效与现实生产系统进行匹配的问题，使得虚拟仿真系统能够与现实的生产系统实时交互，并可超前于现实。

Description

基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统及方法

技术领域

本发明属于虚拟现实仿真技术在物流仓储中的应用领域，具体涉及一种基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统及方法。

背景技术

虚拟现实技术(英文名称：Virtual Reality，缩写为VR)，又称灵境技术，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实。

虚拟现实技术在行业内通常分为两级：一级是停留在通过3D模型建模从动画示意的层面来描业务述流程或行动序列。二级是通过相应的建模系统中自带的脚本进行行为逻辑自建，在虚拟的过程中通过该自有逻辑将现实中可能的行为独立表现出来。

现有的虚拟现实技术，是一种对现实的仿写。通常环境和变量都是技术人员通过一定程度的分析后自行假设而来。通常要受数据失真，计算偏差，计量标准偏差，运行环境等等外在因素的影响。从而虚拟现实时，虚拟成分远远大于现实成分，应用在物流等行业里，难以与现实有效匹配，或出现影响一致性的误差。

发明内容

基于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统及方法，以解决在物流领域中，虚拟现实仿真难以真实有效与现实生产系统进行匹配的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统，所述系统包括：

虚拟现实仿真系统，用于向报文服务器发送经过加密的调度请求报文，以及接收报文服务器回传的调度响应报文并执行作业命令；

报文服务器，用于接收所述虚拟现实仿真系统发送的调度请求报文进行分发和拆包处理后，发送给外围控制系统，以及接收外围控制系统的调度响应报文，反馈给所述虚拟现实仿真系统；

外围控制系统，接收所述报文服务器发送的调度请求报文进行计算，并在计算完毕后反馈调度响应报文给所述报文服务器。

进一步地，所述报文服务器包括：

验证模块，用以对虚拟现实仿真系统发送的调度请求报文进行解密验证，验证成功后将所述调度请求报文发送给报文工厂，验证失败则丢弃；

报文工厂，接收所述验证模块验证通过的调度请求报文并根据不同的请求类型分发给不同的报文处理单元；

报文车间，对接收的调度请求报文进行拆包并发送至所述外围控制系统，以及接收所述外围控制系统的调度响应报文，按照请求类型进行报文摘取，然后反馈给所述虚拟现实仿真系统。

进一步地，所述报文服务器还包括报文摘取模块，分别连接所述虚拟现实仿真系统和报文车间，用于提取调度响应报文中实际有效的最小指令字段并进行压缩后反馈给所述虚拟现实仿真系统。

进一步地，所述外围控制系统包括仓库自动化控制系统WCS和智能调度系统RCS，其中，所述仓库自动化控制系统WCS用于接收用户订单内容拆解仓库作业任务，并给所述虚拟现实仿真系统的作业设备发送作业的指令，所述智能调度系统RCS在收到虚拟现实仿真系统发送的具体作业路径的请求报文后，计算并规划作业设备的具体作业路径，将所述具体作业路径以响应报文的形式反馈给所述虚拟现实仿真系统的作业设备。

进一步地，所述报文服务器通过Socket模块与虚拟现实仿真系统和外围控制系统建立长连接的通讯关系。

进一步地，所述虚拟现实仿真系统将请求报文加密后转换为十六进制短报文并通过TCP/IP通讯协议发送给报文服务器，返回给所述虚拟现实仿真系统的响应报文也采用十六进制短报文。

进一步地，所述虚拟现实仿真系统事先主动向所述仓库自动化控制系统WCS和智能调度系统RCS发起了注册报文，通过注册后等待调度。

进一步地，所述作业设备包括AGV小车。

基于本发明的另一构思，还提供了一种基于无人仓虚拟现实仿真的实现方法，该方法包括：

发送经过加密的调度请求报文，并对所述请求报文进行分发和拆包处理；

接收回传的响应报文执行相应动作。

进一步地，所述方法还包括：对发送的调度请求报文进行身份验证，如通过验证则进行后续的分发、不通过则丢弃；以及，对回传的响应报文进行实际有效的最小指令字段提取并压缩。

与现有技术相比，本发明所公开的一种基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统及方法，具有如下技术效果：

1、本发明设计了模拟现实仓储的无人仓模型，通过3D虚拟现实技术360度全方位展示，一切动作指令和任务下发均来自外围控制系统，通过实时的调度请求和及时的响应路径规划使得作业设备做出行进、搬运、等待、充电维护等全部作业指令，而不再是独立于现实之外的自行运行的动画系统，具备了反应现实真实生产情况真实生产效能，真实作业瓶颈的能力，既做到了虚拟也做到了现实；此外，本发明还可以通过虚拟现实仿真系统独特的加速，减速，离散算法，统计算法等技术，可以超前于现实知道更长时间的作业效能，及时发现作业瓶颈，从而做到超前于现实。

2、数据的交互经过了清洗、拆包、摘取和压缩技术，通过报文间的高效处理，做到实时通讯，让虚拟现实仿真的响应与无人仓的真实生产现场可以从时间上同步。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统的结构原理图。

图2为本发明实施例中基于无人仓虚拟现实仿真实现的方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参照图1、图2所示，本发明实施例所公开了一种基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统，该系统包括：虚拟现实仿真系统、报文服务器和外围控制系统。

虚拟现实仿真系统，用于向报文服务器发送经过加密的调度请求报文，以及接收报文服务器回传的调度响应报文并执行作业命令。

具体来说，虚拟现实仿真系统，是参照模拟现实的仓储建立的3D模型，依据布局图纸，一比一建立的无人仓全貌，其作业和内部现场完全一致，类似现实生产作业环境。一般来说，一个完整的虚拟现实仿真系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。从监控层面来看，虚拟现实仿真是一个能360度全方位监控无人仓运行的监控系统；从统计层面来看，虚拟现实仿真系统能实时统计工作量，效率，概率分布，指数分布等指标，方便动态调整；从分析层面来说，可以在任何在虚拟环境中即时调整作业策略，并用调整过的作业策略与现实中的生产环境比效率，比人效，从而可以辅助解决生产中的作业瓶颈。需要说明的是，现实中的无人仓是为了作业，比如搬货，而本发明实施例中的虚拟现实仿真系统建设的无人仓则是为了发现作业策略的瓶颈，以及规划或动线安排的不合理之处，其主要目的是发现现实中的无人仓存在的作业问题，通过验算给出最优策略，提升作业效率。

由于虚拟现实仿真系统支持1到10万倍的仿真运行，而普通机器难易支撑几千倍以上的倍率，故虚拟现实仿真系统加速之后，可以演算出出现大任务量时，未来几日的仓库实况，按照现实的真实订单任务，真实的路径规划算法，可以同步加速，在该加速情况下，可以提前知道，现实中的作业设备(比如agv小车、无人搬运车)即将出现在哪里，从而做到超前于现实。

其中，为了获得与外围控制系统的自由交互，虚拟现实仿真系统事先与外围控制系统建立了连接可用的关系，主要是通过向仓库自动化控制系统WCS和智能调度系统RCS发起注册报文的请求，用以证明自己的身份，宣示存在和可用，通过注册后，外围控制系统即可知道该虚拟现实仿真系统内的哪些作业设备可被调用，以等待调度。其中，作业设备包括AGV小车、机器控制的机械臂、高架仓等。

外围控制系统向报文服务器发送调度请求报文时，对报文进行了加密，报文的发送时间、类型、报文内容、报文字节数，均进行了加密处理，加密信息随报文一起发送至报文服务器，发送的报文为心跳报文，通过加密方便后续的报文服务器验证检查，以剔除与该调度请求报文无关的报文，提高线程处理效率。外围控制系统接收报文服务器反馈的调度响应报文后，执行响应的动作，比如控制AGV小车按照路径去行走取货，然后送到指定地点卸载。虚拟现实仿真系统将请求报文加密后转换为十六进制短报文并通过TCP/IP通讯协议发送给报文服务器，返回给所述虚拟现实仿真系统的响应报文也采用十六进制短报文，如此做到数据传输的一致性。

报文服务器，用于接收所述虚拟现实仿真系统发送的调度请求报文进行分发和拆包处理后，发送给外围控制系统，以及接收外围控制系统的调度响应报文，反馈给所述虚拟现实仿真系统。

具体来说，报文服务器包括：验证模块、报文工厂、报文车间和报文摘取模块。

验证模块，连接虚拟现实仿真系统和报文工厂，用以对虚拟现实仿真系统发送的调度请求报文进行解密验证，验证成功后将所述调度请求报文发送给报文工厂，验证失败则丢弃。通过验证模块能够对所有发给报文工厂的报文进行筛选清洗，仅对来自虚拟现实仿真系统发送的带有调度请求内容的合法报文予以校验通过，以提高线程处理效率；

报文工厂，分别连接验证模块和报文车间，接收所述验证模块验证通过的调度请求报文并根据不同的请求类型分发给不同的报文处理单元。报文工厂，对校验通过的请求报文按照报文请求类型进行分类，根据请求类型分发给不同的报文车间分别处理，比如有的是请求无人车行进路径，有的是请求机械臂抓取任务，请求无人车回库路径，报文车间根据需求来创建，当多一个任务请求时，则另取一个线程，不会造成堵塞。报文工厂能够将同一时间发出的较多的杂乱无章的报文根据特征完整的拆分出来进行分别处理，防止出现沾包现象。

报文车间，对接收的调度请求报文进行拆包并发送至所述外围控制系统，以及接收所述外围控制系统的调度响应报文，按照请求类型进行报文摘取，然后反馈给所述虚拟现实仿真系统。报文车间根据不同的报文请求类型设置有多个，如本实施例中的报文车间A、报文车间B、报文车间C等，报文车间先将收到的同一类型的报文进行拆包，分成多个，然后分别发送至外围控制系统。在接收到外围控制系统反馈的调度响应报文后，报文车间将该请求的响应报文迅速发送给报文摘取模块。其中，报文车间与外围系统的交互可以采用HTTP报文通讯模式，或者采用Socket的通讯模式。

报文摘取模块，分别连接所述虚拟现实仿真系统和报文车间，用于提取调度响应报文中实际有效的最小指令字段并进行压缩后反馈给所述虚拟现实仿真系统。报文摘取模块将原始请求所需的最小字段进行摘取，去掉生产报文冗余后，快速组织反馈给虚拟现实仿真系统，报文也会以十六进制短报文返回。报文车间事先通过把指令归档配置为字典，每个字典的key为虚拟仿真系统的请求名，value中暂存所需的最小指令字段，由于不同的请求需要不同的字段作为响应依据，根据开-闭原则，可以灵活配置。且每个请求都会被分配到相应的处理工程，不会长时间占用侦听线程，提高了侦听的轮转率。

通过报文服务器中完成数据清洗、拆包、摘取、压缩，能够保障报文在最短时间内发送，而不过长占用网络资源，提高数据交互的高效性。

外围控制系统，接收报文服务器发送的调度请求报文进行计算，并在计算完毕后反馈调度响应报文给所述报文服务器。

具体来说，外围控制系统包括仓库自动化控制系统WCS和智能调度系统RCS，其中，所述仓库自动化控制系统WCS用于接收用户订单内容拆解仓库作业任务，并给所述虚拟现实仿真系统的作业设备发送作业的指令，所述智能调度系统RCS在收到虚拟现实仿真系统发送的具体作业路径的请求报文后，计算并规划作业设备的具体作业路径，将所述具体作业路径以响应报文的形式反馈给所述虚拟现实仿真系统的作业设备。

也就是说，WCS(仓库自动化控制系统)，首先接收由用户订单内容拆解的仓库作业任务，然后安排具体的作业设备去执行作业，而具体由哪个设备去执行该任务，则由RCS(智能调度系统)通过算法验算之后选择，RCS由JAVA编写，为无人AGV，点拖车等任务执行设备的行进动线规划最短路径，其中包括了智能避障，等位避让，预占线路，通知等待，充电维护等等指令的下发。

以RCS为生产环境里的AGV规划线路为例，如命令1号AGV小车，经由13、17、21、23、25号点，去往A货架，这就是一个移动指令。选择的依据则是规划的最合适路径，比如：路径最短，离得最近，用时最短，或者正好顺路有些路径距离虽然离得很近，但是因为主路线上都是单向线路，不能回头，所以最近不一定是最优，这些都根据具体算法规划出来。实际中，当RCS选好了作业车(如AGV)时，其移动路径其实已经规划好，算法路径能够基本满足实时性要求。

进一步地，所述报文服务器通过Socket模块与虚拟现实仿真系统和外围控制系统建立长连接的通讯关系，长连接的通讯关系也是保障报文高效传输的基础。这样，任何有需要且得到授权的外围生产系统都能与虚拟现实仿真系统实时交互，不需要等待定时调取。

需要说明的是，在本发明实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，上述集成的模块、系统、平台既可以采用硬件的方式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本实施例公开的基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统作业流程如下：

第一步、报文服务启动Socket模块，建立长连接，通知WCS和RCS可以与服务器联系；

第二步、启动服务器的心跳模块、状态检查存活模块等辅助工作，确保服务可用性；

第三步、虚拟现实仿真系统的AGV小车向外围控制系统注册存在；

第四步、WCS收到调度请求报文后下发作业任务；

第五步、等虚拟现实仿真系统收到任务，向RCS请求具体的作业指令；

第六步、RCS下发作业指令，明确设备具体作业规划；

第七步、相关设备开始工作，并实时报告位置，任务状态等等；

第八步、如作业指令状态是完成了，向RCS发送作业指令完成报文，以便后续指令能下发，若不但指令状态完成，任务也已经完成，向WCS发送任务完成报文。

与上述实施例中的系统相对应地，参照图2所示，本发明还提供了一种基于无人仓虚拟现实仿真实现方法，该方法包括：

步骤S1、发送经过加密的调度请求报文；

步骤S2、对发送的调度请求报文进行身份验证；

步骤S3：对发送请求报文进行分发和拆包处理；

步骤S4、接收回传的调度响应报文，进行有效字段摘取；

步骤S5、返回压缩后的调度响应报文以执行相应动作。

通过上述方式，能够保证报文的高效实时处理，并使得虚拟现实仿真系统既做到了虚拟也做到了现实，且可以超前于现实，知道更长时间的作业效能，及时发现作业瓶颈。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于无人仓虚拟现实仿真实现的系统，其特征在于，所述系统包括：

虚拟现实仿真系统，用于向报文服务器发送经过加密的调度请求报文，以及接收报文服务器回传的调度响应报文并执行作业命令；

报文服务器，用于接收所述虚拟现实仿真系统发送的调度请求报文进行分发和拆包处理后，发送给外围控制系统，以及接收外围控制系统的调度响应报文，反馈给所述虚拟现实仿真系统；

外围控制系统，接收所述报文服务器发送的调度请求报文进行计算，并在计算完毕后反馈调度响应报文给所述报文服务器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述报文服务器包括：

验证模块，用以对虚拟现实仿真系统发送的调度请求报文进行解密验证，验证成功后将所述调度请求报文发送给报文工厂，验证失败则丢弃；

报文工厂，接收所述验证模块验证通过的调度请求报文并根据不同的请求类型分发给不同的报文处理单元；

报文车间，对接收的调度请求报文进行拆包并发送至所述外围控制系统，以及接收所述外围控制系统的调度响应报文，然后反馈给所述虚拟现实仿真系统。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述报文服务器还包括报文摘取模块，分别连接所述虚拟现实仿真系统和报文车间，用于提取调度响应报文中实际有效的最小指令字段并进行压缩后反馈给所述虚拟现实仿真系统。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述外围控制系统包括仓库自动化控制系统WCS和智能调度系统RCS，其中，所述仓库自动化控制系统WCS用于接收用户订单内容拆解仓库作业任务，并给所述虚拟现实仿真系统的作业设备发送作业的指令，所述智能调度系统RCS在收到虚拟现实仿真系统发送的具体作业路径的请求报文后，计算并规划作业设备的具体作业路径，将所述具体作业路径以响应报文的形式反馈给所述虚拟现实仿真系统的作业设备。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述报文服务器通过Socket模块与虚拟现实仿真系统和外围控制系统建立长连接的通讯关系。

6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实仿真系统将请求报文加密后转换为十六进制短报文并通过TCP/IP通讯协议发送给报文服务器，返回给所述虚拟现实仿真系统的响应报文也采用十六进制短报文。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实仿真系统事先主动向所述仓库自动化控制系统WCS和智能调度系统RCS发起了注册报文，通过注册后等待调度。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述作业设备包括AGV小车。

9.一种基于无人仓虚拟现实仿真的实现方法，其特征在于，所述方法包括：

发送经过加密的调度请求报文，并对所述请求报文进行分发和拆包处理；

接收回传的响应报文执行相应动作。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对发送的调度请求报文进行身份验证，如通过验证则进行分发；以及，

对回传的所述响应报文进行实际有效的最小指令字段提取并压缩。

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