CN111932000A - 一种应用于大型物流系统的多agv调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于大型物流系统的多AGV调度方法，属于物流及路径规划与智能控制领域。本发明为大型物流系统调度多AGV在运输任务中自动完成路径规划，并调节路径之间的冲突，保证无障碍运行，以便顺利完成任务。该调度方法应用于大型物流系统双向车道，确立环境模型建立环境电子地图。当有任务时，选取合适的AGV接受任务，编写适度函数作为选择最优道路的标准并加入到布谷鸟算法中逐个规划并找出每个AGV的最优路径。最优路径同时考虑路径距离、路径中转弯数和道路拥挤程度三个因素，将布谷鸟算法与时间窗相结合，通过更新、排布比较来检测各个路径中是否相互冲突。采用交通规则，保证AGV在双向道路上靠右匀速行驶，且保持安全距离，消除了相向冲突和追击冲突；采用优先级法和减速调节法消除节点冲突，提高系统运算效率和AGV运行效率。

Description

一种应用于大型物流系统的多AGV调度方法

技术领域

本发明属于物流及路径规划与智能控制领域，具体为一种应用于大型物流系统的多AGV调度方法。

背景技术

多AGV(Automated Guided Vehicle，自主导引运输车)调度系统可以接受并分配任务，并且同时控制多个AGV智能选择最优路径运输直至顺利完成任务。在AGV智能运输过程中，系统需要实时监控并控制AGV的行驶速度，避免路径冲突，调度系统的调度决策、性能等关系到系统的灵敏性、可靠性、有效性和稳定性。如今，在AGV智能路径规划过程中，多以单向路径为主，而且场地区域划分不合理，导致场地的利用率低；由于路径单向行驶，可供选择的路径方案少，部分AGV无法原路返回，必须选择其他方案回到任务接受点，出现舍近求远等现象。使得AGV不能选择最优路径，导致运输时间延长。大部分调度系统在调节路径冲突时不合理，随意改变AGV行驶速度，甚至令被调节的AGV停车等待，导致新的追击冲突问题的形成，导致调度系统运算量增大，运行缓慢。这些都导致AGV运输效率低下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在大型物流系统中，如何快速有效的在为多AGV路径规划时找到最优路径，并且通过调节AGV运行速度来避免它们之间的相互冲突，保证无障碍运行，提高运行效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于大型物流系统的多AGV调度方法，包括以下步骤。

1)先根据实际的环境状况，建立坐标系，按顺序给各个节点编号并明确每个节点的坐标，所有节点的坐标与其编号一一对应，并且具有唯一性。而AGV所走的路径对应节点之间的连线，每一段路径由该路径两端的节点名称表示。该系统中采用双向车道，节点名称的先后顺序代表AGV行使方向，即在该路段中AGV从前一个节点驶向下一个节点，这样就能通过道路名称判断AGV所处位置以及AGV的行驶方向。

2)当有任务的时候，系统选择合适的AGV接受任务。先用带适度函数的算法来对每个AGV进行路径规划，分别找出对应任务的最优道路，有效的避开障碍，能顺利到达目的地。最优道路首先要求其路径的总距离要短，其次还需要考虑路径中转弯次数以及路径拥挤程度三者的综合影响。综合三种因素以及其各自对最优道路的影响程度编写适度函数。适度函数的值为该路径的适应度。适应度用于评价道路的优劣程度，适应度越大道路越好，反之适应度越小则道路越差；根据适应度的大小对路径进行选择，以保证适应性能最好的道路为最优道路。通过适度函数可以选择出拥挤程度小的道路，从而很大程度上减少路径冲突。

3)对所有接受任务的AGV进行时间同步化处理，实时监控所有AGV所处的位置、负载状况以及行驶速度。采用交通规则法，规定所有AGV均靠右行驶且保持匀速行驶，前后两AGV之间要保持安全距离。在同一段路上所有车辆靠右行驶，这样往来车辆互不干扰，消除路径上AGV的相向冲突；所有车辆以速度V匀速行驶，且保持安全距离这样就可以避免追击冲突。

4)对所有AGV进行路径规划之后，根据其行驶速度，所处的位置，路径的长度以及其出发的初始时间，计算在该路上AGV将要经过的所有节点的时间窗。时间窗包括从AGV车头到达节点的时刻和车位离开节点的时刻。

5)将时间窗和算法相结合来判断各个AGV所对应的路径是否存在冲突。先找出每两条路径中相同的节点，然后比较其时间窗是否存在交集。相同节点的时间窗存在交集的时候就证明存在冲突。

6)当存在冲突时通过调节优先级低AGV行驶速度来避免冲突。根据优先级法，给所有AGV制定优先级，当有冲突时，通过调节优先级低的AGV的行驶速度，让优先级高的AGV先通过冲突节点。为了避免由于被调节的AGV降速后与后面行驶的AGV造成新的追击冲突，需要划定减速区域。被调节的AGV在进入特定的减速区域后再变为减速行驶模式，并且减速行驶的模式仍以V_j的速度匀速行驶，令V_j＝V/2。因为AGV之间保持安全距离，且任然匀速行驶，所以不会形成新追击冲突，小车可以顺利完成任务。

7)当任一个AGV顺利到达目标节点后，将删除该AGV与所有节点关系，然后等待接受新的任务。

8)步骤2)中，适度函数如下：

式中:L_ij表示i、j两节点之间的曼哈顿距离，表示路径的距离；M表示该道路的拥挤程度，也就是表示该路径上节点与其他任务路径的节点的重复度。M＝Σm_i，m_i表示该路径第i个节点分别与前面每一个任务中节点重复次数之和；m_i＝Σm_ij，m_ij表示表示该路径第i个节点分别与前面第j个任务中节点的重复次数。由于每个任务的路径中没有重复节点，所以m_ij的取值为0和1；Z表示该路径经过的转弯个数；w表示相应的权重,其中w1+w2+w3＝1。

步骤5)中，按照以下方式利用时间窗来判断节点冲突。

假设两AGV分别是a_m、a_n，它们分别由节点i_m和i_n驶向节点i。冲突节点为i，到达节点的时间点为tⁱⁿ，而通过节点需要花费的时间为t_i。节点的长度为L_I，而AGV的长度为L_g。

两AGV在节点I冲突，其时间表示为tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m+t_i或tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n+t_i。

步骤中6)，按照以下方式避免节点冲突。

(1)先判断两个AGV的优先级大小。(假定a_m的优先级高于a_n)。

(2)再比较两AGV到达节点的时刻，判断哪个AGV将先到达节点。若优先级高的先到达节点时：a_m先到达节点即tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m+t_i，进行步骤(3)。若优先级低的先到达节点时：a_n先到达节点即tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n+t_i，进行步骤(4)。

(3)调节优先级低的a_n的行驶速度来避免冲突。令a_n在距离冲突节点L_v1米远时开始以V_j的速度驶向节点。L_v1＝L_I+L_g。

(4)调节优先级低的a_n的行驶速度来避免冲突。令a_n在距离冲突节点L_v2米远时开始以V_j的速度驶向节点。L_v2＝2(L_I+L_g)。

本发明中将时间窗与算法结合起来，同时采用交通规则法、优先级法、以及速度调节法相结合的策略对AGV路径进行调控，快速有效的避免了相向冲突、追击冲突、和节点冲突，保证了AGV的无障碍运行。划定调速区域，保证在调节两个AGV的时候不会对其他的AGV造成影响，不会导致新的冲突。减少了算法的工作量，使系统更加稳定、快速、准确。这些都会提高AGV的运行效率。

附图说明

图1为多AGV的行驶的路径地图。

图2为双向道路中AGV的行驶路线。

图3、4、5为三种节点冲突模式。

图6为划定区域是L_v1速度调节方法示意图。

图7为划定区域是L_v2速度调节方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

1)先根据实际的环境状况，建立坐标系，按顺序给各个节点编号并明确每个节点的坐标，所有节点的坐标与其编号一一对应，并且具有唯一性。

2)当有任务的时候，系统选择合适的AGV接受任务。先用带适度函数的算法来对每个AGV进行路径规划，分别找出对应任务的最优道路，有效的避开障碍，能顺利到达目的地。

3)对所有接受任务的AGV进行时间同步化处理，实时监控所有AGV所处的位置、负载状况以及行驶速度。采用交通规则法，规定所有AGV均靠右行驶且保持匀速行驶，前后两AGV之间要保持安全距离。在同一段路上所有车辆靠右行驶，这样往来车辆互不干扰，消除路径上AGV的相向冲突；所有车辆以速度V匀速行驶，且保持安全距离这样就可以避免追击冲突。

4)对所有AGV进行路径规划之后，根据其行驶速度，所处的位置，路径的长度以及其出发的初始时间，计算在该路上AGV将要经过的所有节点的时间窗。时间窗包括从AGV车头到达节点的时刻和车位离开节点的时刻。

5)将时间窗和算法相结合来判断各个AGV所对应的路径是否存在冲突。先找出每两条路径中相同的节点，然后比较其时间窗是否存在交集。

6)当存在冲突时通过调节优先级低AGV行驶速度来避免冲突。根据优先级法，给所有AGV制定优先级，当有冲突时，通过调节优先级低的AGV的行驶速度，让优先级高的AGV先通过冲突节点。为了避免由于被调节的AGV降速后与后面行驶的AGV造成新的追击冲突，需要划定减速区域。被调节的AGV在进入特定的减速区域后再变为减速行驶模式，并且减速行驶的模式仍以V_j的速度匀速行驶，令V_j＝V/2。因为AGV之间保持安全距离，且任然匀速行驶，所以不会形成新追击冲突，小车可以顺利完成任务。

7)当任一个AGV顺利到达目标节点后，将删除该AGV与所有节点关系，然后等待接受新的任务。

8)如图1为两个AGV规划路径的路线图。a_m的起点为节点2，终点为14，a_n的起点为节点20，终点为8。如图所示，两AGV将会在节点11相遇。因此需要通过调节优先级低的AGV的速度来调节节点冲突。假定a_m的优先级高于a_n。若a_m先到达节点，如图6所示，图6(2)、图6(3)为两个AGV相遇的两个极端情况，6(2)表示a_m刚进入节点时a_n正好到达该节点，图6(3)表示a_m快要离开节点时a_n正好到达该节点。此时以图6(3)的情况来划定减速区域，这样可以满足所有的冲突情况。图6(4)为调节速度时的位置。当a_n到达减速区域的时候开始减速行驶，这样就能保证当a_m离开冲突节点后a_n到达该节点。图7为优先级低的先到达节点，同理图7(2)、图7(3)为两个AGV相遇的两个极端情况。同样其调节过程以及AGV调节的位置都相同。

Claims (7)

1.一种应用于大型物流系统的多AGV调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)先根据大型物流系统实际的环境状况，建立坐标系，按顺序给各个节点编号并明确每个节点的坐标，所有节点的坐标与其编号一一对应，并且具有唯一性；而AGV所走的路径对应节点之间的连线，每一段路径由该路径两端的节点名称表示；该系统中采用双向车道，节点名称的先后顺序代表AGV行使方向，即在该路段中AGV从前一个节点驶向下一个节点，这样就能通过道路名称判断AGV所处位置以及AGV的行驶方向；

2)当有任务的时候，系统选择合适的AGV接受任务；先用带适度函数的布谷鸟算法来对每个AGV进行路径规划，分别找出对应任务的最优道路，有效的避开障碍，能顺利到达目的地；最优道路要考虑路径的距离、路径中转弯数和道路拥挤程度的综合影响，通过适度函数可以选择出拥挤程度小的道路，从而很大程度上减少路径冲突；

3)对所有接受任务的AGV进行时间同步化处理，实时监控所有AGV所处的位置、负载状况以及行驶速度；采用交通规则法，规定所有AGV均靠右行驶且保持匀速行驶，前后两AGV之间要保持安全距离；在同一段路上所有车辆靠右行驶，这样往来车辆互不干扰，消除路径上AGV的相向冲突；所有车辆以速度V匀速行驶，且保持安全距离这样就可以避免追击冲突；

4)对所有AGV进行路径规划之后，根据其行驶速度，所处的位置，路径的长度以及其出发的初始时间，计算在该路上AGV将要经过的所有节点的时间窗；时间窗包括从AGV车头到达节点的时刻和车位离开节点的时刻；

5)将时间窗和布谷鸟算法相结合来判断各个AGV所对应的路径是否存在冲突；先找出每两条路径中相同的节点，然后比较其时间窗是否存在交集；相同节点的时间窗存在交集的时候就证明存在冲突；

6)当存在冲突时通过调节优先级低AGV行驶速度来避免冲突；根据优先级法，给所有AGV制定优先级，当有冲突时，通过调节优先级低的AGV的行驶速度，让优先级高的AGV先通过冲突节点；为了避免由于被调节的AGV降速后与后面行驶的AGV造成新的追击冲突，需要划定减速区域；被调节的AGV在进入特定的减速区域后再变为减速行驶模式，并且减速行驶的模式仍以V_j的速度匀速行驶，令V_j＝V/2；因为AGV之间保持安全距离，且任然匀速行驶，所以不会形成新追击冲突，小车可以顺利完成任务；

7)当任一个AGV顺利到达目标节点后，将删除该AGV与所有节点关系，然后等待接受新的任务。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，按照以下方式利用时间窗来判断节点冲突：

在有向连接网络G＝(I,H)中，I表示节点的集合，H表示边的集合，每条边可以用其两端的节点来表示，其长度为两节点之间的曼哈顿距离，用L表示；任务个数用r来表示，每个任务的起点、终点都不一样，那么起点的集合可记为S{s₁,s₂,...s_r},相应的终点的集合为E{e₁,e₂,...e_r}，执行任务的车辆的集合A{a₁,a₂,...a_r}；假设AGV小车a_r从起点到终点所经过的节点个数为n，则AGV所对应的节点集合I＝{i₁,i₂..^.i_n}，对应的时间窗T＝{t₁,t₂...t_n}；

那么可将一个物流调度任务定义如下：M_j＝{s_j，e_j，i_j，t_s，θ_j}

式中：t_s表示该任务的起始时间，θ_j表示该任务的优先级；

假设两AGV分别是a_m、a_n，它们分别由节点i_m和i_n驶向节点i；冲突节点为i，到达节点的时间点为tⁱⁿ，而通过节点需要花费的时间为t_i；节点的长度为L_I，而AGV的长度为L_g；

两AGV在节点I冲突，其时间表示为tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m+t_i或tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n+t_i。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，适度函数为如下：

式中：L_ij表示i、j两节点之间的曼哈顿距离，表示路径的距离；

M表示该道路的拥挤程度，也就是表示该路径上节点与其他任务路径的节点的重复度；M＝Σm_i，m_i表示该路径第i个节点分别与前面每一个任务中节点重复次数之和；m_i＝Σm_ij，m_ij表示表示该路径第i个节点分别与前面第j个任务中节点的重复次数；由于每个任务的路径中没有重复节点，所以m_ij的取值为0和1；

Z表示该路径经过的转弯个数；

w表示相应的权重,其中w1+w2+w3＝1。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中，按照以下方式利用时间窗来判断节点冲突：

假设两AGV分别是a_m、a_n，它们分别由节点i_m和i_n驶向节点i；冲突节点为i，到达节点的时间点为tⁱⁿ，而通过节点需要花费的时间为t_i；节点的长度为L_I，而AGV的长度为L_g；

两AGV在节点i冲突，其时间表示为tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m+t_i或tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n+t_i。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6)中，按照以下方式避免节点冲突：

(1)先判断两个AGV的优先级大小；(假定a_m的优先级高于a_n)；

(2)再比较两AGV到达节点的时刻，判断哪个AGV将先到达节点；若优先级高的先到达节点时：a_m先到达节点即tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m+t_i，进行步骤S63；若优先级低的先到达节点时：a_n先到达节点即tⁱⁿ _n<tⁱⁿ _m<tⁱⁿ _n+t_i，进行步骤S64；

(3)调节优先级低的a_n的行驶速度来避免冲突；令a_n在距离冲突节点L_v1米远时开始以V_j的速度驶向节点；L_v1＝L_I+L_g；

(4)调节优先级低的a_n的行驶速度来避免冲突；令a_n在距离冲突节点L_v2米远时开始以V_j的速度驶向节点；L_v2＝2(L_I+L_g)。

6.如权利要求1、2、3所述的方法，其特征在于，所选道路为双向道路。

7.如权利要求1和3所述的方法，其特征在于，所有AGV行驶时均保持足够的安全距离。

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