CN113253726B - 一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统 - Google Patents
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Abstract
一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，该方法包括以下步骤：步骤1，搭建物联网下的磁导航机器人及导航调度系统；步骤2，确定网络传输系统的传输协议；步骤3，设计回路A*路径寻优算法；步骤4，设计磁导航机器人的防碰探路者算法；步骤5，平台应用系统读取磁导航机器人数据；步骤6，设计磁导航机器人的运作流程。本发明改进了A*路径寻优算法，提出的回路A*路径寻优算法提高了A*算法路径点的搜寻速度，同时将磁导航机器人与调度模块运算、存储结合，提过生产效率，弥补磁导航机器人运算性能不足，存储能力差的缺陷，并将磁导航机器人运算、数据存储放置物联网的平台应用系统处理，提高磁导航机器人控制器控制效率；提高了企业生产的拓展性，可实现磁导航机器人的群体作业模式。
Description
技术领域
本发明涉及磁导航机器人领域，特别是涉及一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统。
背景技术
目前在仓库、工厂日常作业中对于货物的搬运和流转基本上是依靠人工完成，传统的作业方式是由搬运工将货物搬运至目的点来满足日常生产需要。这种方式的缺点：极大的加重了企业的生产运营成本，企业需要承担人力成本；另一方面限制了企业日常生产效率，靠人力无法日夜不间断的作业，如果想要日夜不间断作业只有通过增加人力来完成目标工作量。通过以上分析，传统的作业方式无法同时满足提高生产效率和节约成本这个两个条件。
磁导航机器人因其能够适应复杂的应用场景和繁琐、智能的指令需求，以及在精益化柔性生产方面展示出来的无与伦比的优势，已成为目前搬运机器人的高水平代表，并在越来越多的智能制造领域得以投入使用。
因此申请人于申请日：20170818，申请了中国专利一种基于磁导航机器人及导航调度系统和方法，公开号CN107065888A，该专利公开了一种基于磁导航机器人及导航调度系统和方法，涉及仓管机器人系统，主要包括：用于数据处理分析计算的调度模块；用于发出叫车程序的叫车模块；货物搬运的AGV小车；用于显示路口交通状况的信号灯，本发明目的在于克服上述现有作业方式的不足，为工厂生产车间、仓库提供一种基于磁导航AGV系统于方法，旨在提高企业的生产过程中的物流的效率与产量，减轻工作人员负担，节约企业成本。
但是其并没有考虑物联网因素，也没有对相应导航算法进行优化，因此申请人新提出了一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，在上位机调度模块中，设计了回路A*路径寻优算法，提出的回路A*路径寻优算法实现了对磁导航机器人的路径寻优，提高了A*算法路径点的搜寻速度，这样可以在提高磁导航机器人路径寻优的快速性和准确性，同时为了提高物联网下磁导航机器人的多样性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，旨在提高磁导航机器人路径寻优的快速性和准确性，同时为了提高物联网下磁导航机器人的多样性。为达此目的，本发明提供一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，具体步骤如下，其特征在于：
所述该调度系统适用于磁导航机器人、激光导航机器人、二维码导航机器人和彩带导航机器人；
步骤1，搭建物联网下的磁导航机器人及导航调度系统：磁导航机器人及导航调度系统主要分为控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，同时绘制出工厂各个区域块的俯视图；
步骤2，确定网络传输系统的传输协议：采用无线通讯的方式实现磁导航机器人的数据传输，磁导航机器人的控制模块通过通讯实现对运动执行模块的控制，平台应用系统根据通讯模块读取磁导航机器人各项数据和路径规划算法实现对磁导航机器人的调度；
步骤3，设计回路A*路径寻优算法，并将回路A*路径寻优算法嵌入平台应用系统中，为提高A*算法的路径点搜寻速度，回路A*路径寻优算法设计了两个寻优方向，一个寻优方向是从起点至终点的路径搜索，另一个方向是终点至起点的路径搜索；
步骤4，设计磁导航机器人的防碰探路者算法：防碰探路者算法可避免多个磁导航机器人运动时的碰撞、死锁等情况，其核心思想是在机器人前行时，向前探寻一个单位和多个单位的距离，并判断是否是安全距离，若是安全距离则继续保持当前状态，若不是安全距离则执行相应的交通指令；
步骤5，平台应用系统读取磁导航机器人数据，通过扫描磁性地标和磁条铜鼓通讯模块将磁导航机器人所在位置和线路发送至平台应用系统，同时平台应用系统启动路径规划算法对磁导航机器人的路径进行寻优，并对磁导航机器人行驶速度进行量化，将速度和方向发送个控制模块；
步骤6，设计磁导航机器人的运作流程：将回路A*路径寻优算法嵌入到调度模块中，并对搭建的物联网下磁导航机器人及导航调度系统和平台应用系统进行联调，实现磁导航机器人的运作并实际应用。
进一步，步骤1中搭建物联网下磁导航机器人及导航调度系统可以表示为：
磁导航机器人及导航调度系统主要包括：控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，这四个系统由：上位机调度模块、叫车模块、磁导航机器人、信号灯模块、地图绘制模块、通讯模块、实时监控模块、数据存储模块、任务作业分析及报表展现模块、交通管制模块、感知模块、stm32控制器模块、运动执行模块等组成；
地图绘制模块通过系统的地图绘制画板绘制工厂实际环境，使用栅格单位描述磁导航机器人所处的工作环境，磁导航机器人以栅格为单位进行移动；通讯模块负责询问磁导航机器人的各项信息并在磁导航机器人应答后反馈运行状态给实时监控模块，在系统运行期间，该模块需要保障通讯的可靠，在磁导航机器人出现异常掉线后恢复连接时能及时重新联系上该磁导航机器人，提供给上游程序准确可靠的数据信息，同时用于磁导航机器人与调度模块之间的通讯，磁导航机器人通过感知模块过的运行的信息，利用无线模块接收调度模块的询问指令，同时将运行信息反馈给调度模块，调度模块通过分析与判断产生控制指令发送给磁导航机器人，保证磁导航机器人的稳定运行；stm32控制器模块为磁导航机器人搭载的嵌入式控制设备及运行环境，用于处理分析和处理调度系统下发的各种指令；运动执行模块执行接收到的stm32控制模块的命令，完成相应的动作；路口信号灯模块用于显示路口交通状况，帮助作业环境内其他作业单元判别路口交通状态；叫车模块用于发出呼叫磁导航机器人的任务指令给调度程序，同时接收调度程序反馈的信息在调度模块上显示。
进一步，步骤3中设计回路A*路径寻优算法的具体步骤可以表示为：
本发明的回路A*路径寻优算法的评估函数具体公式为：
f(n)＝g(n)+h(n) (1)
其中，f(n)是起点到节点n的评估函数，g(n)是起点到节点n的实际损失值，h(n)是节点n到终点到的实际损失值，实际损失值用下述均方差公式来计算：
改进后的回路A*路径寻优算法流程为：
(1)将起点放入到open1列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open1列表；
(2)判断open1列表，如果为空，则搜索失败，如果open1列表中存在目标节点，则移除表中评估函数最小的节点；
(3)将移除的节点加入到close1列表中，并记录上一步行走方向d1，并更新节点位置；
(4)计算当前节点的相邻的所有可到达节点，生成一组子节点，对于每一个子节点：
a)如果该节点在close1列表中，则删除它；
b)如果该节点在open1列表中，则寻找最小的评估函数值，并和上一步行走方向d1(如果当前方向d1的节点在open1列表)的评估函数值比较是否满足条件更新其评估函数值，将最优的节点的父节点设置为当前节点；
c)如果该节点不在open1列表中，则将其加入到open1列表，并计算评估函数值，设置其父节点为当前节点；
(5)转至步骤(2)；
(6)将终点放入到open2列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open2列表；
(7)判断open2列表，如果为空，则搜索失败，如果open2列表中存在目标节点，则移除表中评估函数最小的节点；
(8)将移除的节点加入到close2列表中，并记录上一步行走方向d2，并更新节点位置；
(9)计算当前节点的相邻的所有可到达节点，生成一组子节点，对于每一个子节点：
a)如果该节点在close2列表中，则删除它；
b)如果该节点在open2列表中，则寻找最小的评估函数值，并和上一步行走方向d2(如果当前方向d2的节点在open2列表)的评估函数值比较是否满足条件更新其评估函数值，将最优的节点的父节点设置为当前节点；
c)如果该节点不在open2列表中，则将其加入到open2列表，并计算评估函数值，设置其父节点为当前节点；
(10)转至步骤(7)；
(11)设置路径迭代寻优的停止条件，若达到停止条件则确定回路A*路径寻优的停止节点m，同时对起点和终点进行回溯，链接起点和终点，最终完成路径寻优的过程。
进一步，步骤4中防碰探路者算法的具体步骤可以表示为：
防碰探路者算法分为：邻近状态防碰模型和非邻近状态防碰撞模型；其中，邻近状态防碰模型可表示为：
(1)采集机器人A在地图中的地址；
(2)采集机器人B在地图中的地址；
(3)计算机器人A与机器人B的地址的相对距离；
(4)交通管制模块根据相对距离，判定机器人A和机器人B是否在安全注意，若是安全距离，则机器人A和机器人B保持各自当前状态继续前进，若不在安全距离，则在坚持优级的前提下，谁先占用资源谁先使用，另一处于等待；
(5)直到小车处于安全状态；
非邻近状态防碰撞模型可表示为：
(1)根据步骤3获取机器人A的交通路径A’；
(2)根据步骤3获取机器人B的交通路径B’；
(3)交通管制模块计算路径A’和路径B’相交的线路；
(4)若有相交的线路，则交通管制模块判断路径A’和路径B’相交的线路方向是否相向，若相同则机器人A和机器人B继续前行，直到邻近状态；若反向而行，则机器人A和机器人B两辆车谁先来到交叉线路端口，先通过交叉线路，后来到交叉线路端口的机器人等待先来到交叉线路机器人通过后，后到交叉线路机器人再通过交叉线路；
(5)若没有相交线路，则机器人A和机器人B保持原状态继续前行。
进一步，步骤6中设计磁导航机器人运作流程的具体步骤可以表示为：
工作人员准备好装满货的料车，点击所在地标的叫车模块，调度程序接收到指令并处理，根据算法安排最近的空闲的磁导航机器人并规划磁导航机器人路线向磁导航机器人发出发车任务，在此基础上，调度模块告知程序已经处理了叫车模块的叫车任务和相应的派车信息；调度模块控制磁导航机器人来到叫车模块所在的磁地标位置，并做出对应该地标的动作；磁导航机器人通过感知模实时抓取地标，获取自身所在位置并通过控制模块将收集到的位置信息处理反馈给无线通讯模块，磁导航机器人实时与调度程序通讯，通过无线通讯模块反馈运行信息给调度模块，调度程序根据磁导航机器人反馈的运行信息来是实现磁导航机器人的交通管制和路口信号灯管控；
由控制模块实现磁导航机器人与感知模块，无线通讯模块、运动执行模块进行信号交互和指令发送；控制模块通过接收感知模块的数据，协同无线模块向调度模块反馈数据，调度模块通过读取的数据，将数据输入改进后的回路A*路径寻优算法中计算磁导航机器人的最优路径，同时通过无线模块发送来自调度模块的指令，转换为机器命令传输给运动执行模块执行任务；
运动执行模块通过接收控制传递的底层指令执行终端任务，同时通过感知模块的传感设备发送给终端控制模块形成闭环控制；运动执行模块为磁导航机器人运动呈现载体，由执行终端组成，执行终端包括：转动轮，升降勾锁。所述的闭环控制为：控制模块向运动执行模块发出指令，磁导航机器人执行动作同时，感知模块实时感知磁导航机器人状态变化并上报给控制模块，控制模块收到感知模块上报的信息并及时分析和处理并判断是否需要磁导航机器人执行动作，若有需要则控制模块下发指令给运动执行模块。
无线通讯模块为磁导航机器人上安装的信号发射装置，控制模块通过模块云上位机交互。调度模块通过无线通讯模块实时接收到磁导航机器人上报的数据，并将数据交给实时监控模块分析处理，实时监控模块将处理后的磁导航机器人信息按照类别分别交给数据存储模块和交通管制模块，交通管制模块根据磁导航机器人位置信息决定磁导航机器人是否需要进行交通管制和控制路口红绿灯，如果需要交通管制则发送相应的命令给无线通讯模块，无线通讯模块将命令转化为通讯数据传给磁导航机器人；如果需要信号灯控制则交通管制模块发送相应的命令给无线通讯模块，无线通讯模块将命令转化为通讯数据发送给信号灯；
磁导航机器人通过无线通讯模块接收到调度程序的指令，无线通讯模块先处理该指令将其转换成磁导航机器人控制模块需要的数据格式，磁导航机器人控制模块处理磁导航机器人通讯模块下发过来的数据，并将其转化为动作执行模块的底层指令下发给动作执行模块，动作执行模块执行动作指令。
本发明一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，有益效果：本发明的技术效果在于：
1.本发明改进了A*路径寻优算法，提出的回路A*路径寻优算法提高了A*算法路径点的搜寻速度；
2.本发明将磁导航机器人与调度模块运算、存储结合，提过生产效率，弥补磁导航机器人运算性能不足，存储能力差的缺陷，
3本发明将磁导航机器人无法胜任的运算、数据存储放置物联网的平台应用系统处理，大幅减少磁导航机器人压力；提高了企业生产的拓展性，可实现磁导航机器人的群体作业模式。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明磁导航机器人及导航调度系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提出了一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，旨在提高磁导航机器人路径寻优的快速性和准确性，同时为了提高物联网下磁导航机器人的多样性。图1为本发明的流程图，下面结合流程图对本发明的步骤作详细介绍。
步骤1，搭建物联网下的磁导航机器人及导航调度系统：磁导航机器人及导航调度系统主要分为控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，同时绘制出工厂各个区域块的俯视图；
步骤1中搭建物联网下磁导航机器人及导航调度系统可以表示为：
磁导航机器人及导航调度系统主要包括：控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，这四个系统由：上位机调度模块、叫车模块、磁导航机器人、信号灯模块、地图绘制模块、通讯模块、实时监控模块、数据存储模块、任务作业分析及报表展现模块、交通管制模块、感知模块、stm32控制器模块、运动执行模块等组成，如图2磁导航机器人及导航调度系统结构图所示；
地图绘制模块通过系统的地图绘制画板绘制工厂实际环境，使用栅格单位描述磁导航机器人所处的工作环境，磁导航机器人以栅格为单位进行移动；通讯模块负责询问磁导航机器人的各项信息并在磁导航机器人应答后反馈运行状态给实时监控模块，在系统运行期间，该模块需要保障通讯的可靠，在磁导航机器人出现异常掉线后恢复连接时能及时重新联系上该机器人，提供给上游程序准确可靠的数据信息，同时用于磁导航机器人与调度模块之间的通讯，磁导航机器人通过感知模块过的运行的信息，利用无线模块接收调度模块的询问指令，同时将运行信息反馈给调度模块，调度模块通过分析与判断产生控制指令发送给磁导航机器人，保证磁导航机器人的稳定运行；stm32控制器模块为磁导航机器人搭载的嵌入式控制设备及运行环境，用于处理分析和处理调度系统下发的各种指令；运动执行模块执行接收到的stm32控制模块的命令，完成相应的动作；路口信号灯模块用于显示路口交通状况，帮助作业环境内其他作业单元判别路口交通状态；叫车模块用于发出呼叫磁导航机器人的任务指令给调度程序，同时接收调度程序反馈的信息在调度模块上显示。
步骤2，确定网络传输系统的传输协议：采用无线通讯的方式实现磁导航机器人的数据传输，磁导航机器人的控制模块通过通讯实现对运动执行模块的控制，平台应用系统根据通讯模块读取磁导航机器人各项数据和路径规划算法实现对磁导航机器人的调度；
步骤3，设计回路A*路径寻优算法，并将回路A*路径寻优算法嵌入平台应用系统中，为提高A*算法的路径点搜寻速度，回路A*路径寻优算法设计了两个寻优方向，一个寻优方向是从起点至终点的路径搜索，另一个方向是终点至起点的路径搜索；
步骤3中设计回路A*路径寻优算法的具体步骤可以表示为：
本发明的回路A*路径寻优算法的评估函数具体公式为：
f(n)＝g(n)+h(n) (1)
其中，f(n)是起点到节点n的评估函数，g(n)是起点到节点n的实际损失值，h(n)是节点n到终点到的实际损失值，实际损失值用下述均方差公式来计算：
改进后的回路A*路径寻优算法流程为：
(1)将起点放入到open1列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open1列表；
(2)判断open1列表，如果为空，则搜索失败，如果open1列表中存在目标节点，则移除表中评估函数最小的节点；
(3)将移除的节点加入到close1列表中，并记录上一步行走方向d1，并更新节点位置；
(4)计算当前节点的相邻的所有可到达节点，生成一组子节点，对于每一个子节点：
a)如果该节点在close1列表中，则删除它；
b)如果该节点在open1列表中，则寻找最小的评估函数值，并和上一步行走方向d1(如果当前方向d1的节点在open1列表)的评估函数值比较是否满足条件更新其评估函数值，将最优的节点的父节点设置为当前节点；
c)如果该节点不在open1列表中，则将其加入到open1列表，并计算评估函数值，设置其父节点为当前节点；
(5)转至步骤(2)；
(6)将终点放入到open2列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open2列表；
(7)判断open2列表，如果为空，则搜索失败，如果open2列表中存在目标节点，则移除表中评估函数最小的节点；
(8)将移除的节点加入到close2列表中，并记录上一步行走方向d2，并更新节点位置；
(9)计算当前节点的相邻的所有可到达节点，生成一组子节点，对于每一个子节点：
a)如果该节点在close2列表中，则删除它；
b)如果该节点在open2列表中，则寻找最小的评估函数值，并和上一步行走方向d2(如果当前方向d2的节点在open2列表)的评估函数值比较是否满足条件更新其评估函数值，将最优的节点的父节点设置为当前节点；
c)如果该节点不在open2列表中，则将其加入到open2列表，并计算评估函数值，设置其父节点为当前节点；
(10)转至步骤(7)；
(11)设置路径迭代寻优的停止条件，若达到停止条件则确定回路A*路径寻优的停止节点m，同时对起点和终点进行回溯，链接起点和终点，最终完成路径寻优的过程。
步骤4，设计磁导航机器人的防碰探路者算法：防碰探路者算法可避免多个磁导航机器人运动时的碰撞、死锁等情况，其核心思想是在机器人前行时，向前探寻一个单位和多个单位的距离，并判断是否是安全距离，若是安全距离则继续保持当前状态，若不是安全距离则执行相应的交通指令；
步骤4中防碰探路者算法的具体步骤可以表示为：
防碰探路者算法分为：邻近状态防碰模型和非邻近状态防碰撞模型；其中，邻近状态防碰模型可表示为：
(1)采集机器人A在地图中的地址；
(2)采集机器人B在地图中的地址；
(3)计算机器人A与机器人B的地址的相对距离；
(4)交通管制模块根据相对距离，判定机器人A和机器人B是否在安全注意，若是安全距离，则机器人A和机器人B保持各自当前状态继续前进，若不在安全距离，则在坚持优级的前提下，谁先占用资源谁先使用，另一处于等待；
(5)直到小车处于安全状态；
非邻近状态防碰撞模型可表示为：
(1)根据步骤3获取机器人A的交通路径A’；
(2)根据步骤3获取机器人B的交通路径B’；
(3)交通管制模块计算路径A’和路径B’相交的线路；
(4)若有相交的线路，则交通管制模块判断路径A’和路径B’相交的线路方向是否相向，若相同则机器人A和机器人B继续前行，直到邻近状态；若反向而行，则机器人A和机器人B两辆车谁先来到交叉线路端口，先通过交叉线路，后来到交叉线路端口的机器人等待先来到交叉线路机器人通过后，后到交叉线路机器人再通过交叉线路；
(5)若没有相交线路，则机器人A和机器人B保持原状态继续前行。
步骤5，平台应用系统读取磁导航机器人数据，通过扫描磁性地标和磁条铜鼓通讯模块将磁导航机器人所在位置和线路发送至平台应用系统，同时平台应用系统启动路径规划算法对磁导航机器人的路径进行寻优，并对磁导航机器人行驶速度进行量化，将速度和方向发送个控制模块；
步骤6，设计磁导航机器人的运作流程：将回路A*路径寻优算法嵌入到调度模块中，并对搭建的物联网下磁导航机器人及导航调度系统和平台应用系统进行联调，实现磁导航机器人的运作并实际应用；
步骤6中设计磁导航机器人运作流程的具体步骤可以表示为：
工作人员准备好装满货的料车，点击所在地标的叫车模块，调度程序接收到指令并处理，根据算法安排最近的空闲的磁导航机器人并规划磁导航机器人路线向磁导航机器人发出发车任务，在此基础上，调度模块告知程序已经处理了叫车模块的叫车任务和相应的派车信息；调度模块控制磁导航机器人来到叫车模块所在的磁地标位置，并做出对应该地标的动作；磁导航机器人通过感知模实时抓取地标，获取自身所在位置并通过控制模块将收集到的位置信息处理反馈给无线通讯模块，磁导航机器人实时与调度程序通讯，通过无线通讯模块反馈运行信息给调度模块，调度程序根据磁导航机器人反馈的运行信息来是实现磁导航机器人的交通管制和路口信号灯管控；
由控制模块实现磁导航机器人与感知模块，无线通讯模块、运动执行模块进行信号交互和指令发送；控制模块通过接收感知模块的数据，协同无线模块向调度模块反馈数据，调度模块通过读取的数据，将数据输入改进后的回路A*路径寻优算法中计算磁导航机器人的最优路径，同时通过无线模块发送来自调度模块的指令，转换为机器命令传输给运动执行模块执行任务；
运动执行模块通过接收控制传递的底层指令执行终端任务，同时通过感知模块的传感设备发送给终端控制模块形成闭环控制；运动执行模块为磁导航机器人运动呈现载体，由执行终端组成，执行终端包括：转动轮，升降勾锁。所述的闭环控制为：控制模块向运动执行模块发出指令，磁导航机器人执行动作同时，感知模块实时感知磁导航机器人状态变化并上报给控制模块，控制模块收到感知模块上报的信息并及时分析和处理并判断是否需要磁导航机器人执行动作，若有需要则控制模块下发指令给运动执行模块。
无线通讯模块为磁导航机器人上安装的信号发射装置，控制模块通过模块云上位机交互。调度模块通过无线通讯模块实时接收到磁导航机器人上报的数据，并将数据交给实时监控模块分析处理，实时监控模块将处理后的磁导航机器人信息按照类别分别交给数据存储模块和交通管制模块，交通管制模块根据磁导航机器人位置信息决定磁导航机器人是否需要进行交通管制和控制路口红绿灯，如果需要交通管制则发送相应的命令给无线通讯模块，无线通讯模块将命令转化为通讯数据传给磁导航机器人；如果需要信号灯控制则交通管制模块发送相应的命令给无线通讯模块，无线通讯模块将命令转化为通讯数据发送给信号灯；
磁导航机器人通过无线通讯模块接收到调度程序的指令，无线通讯模块先处理该指令将其转换成磁导航机器人控制模块需要的数据格式，磁导航机器人控制模块处理磁导航机器人通讯模块下发过来的数据，并将其转化为动作执行模块的底层指令下发给动作执行模块，动作执行模块执行动作指令。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (1)
1.一种物联网下的磁导航机器人的导航调度系统，具体步骤如下，其特征在于：
所述该调度系统适用于磁导航机器人、激光导航机器人、二维码导航机器人和彩带导航机器人；
步骤1，搭建物联网下的磁导航机器人及导航调度系统：磁导航机器人及导航调度系统分为控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，并绘制出工厂各个区域块的俯视图；
步骤1中搭建物联网下磁导航机器人及导航调度系统可以表示为：
磁导航机器人及导航调度系统包括：控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，这四个系统由：上位机调度模块、叫车模块、磁导航机器人、信号灯模块、地图绘制模块、通讯模块、实时监控模块、数据存储模块、任务作业分析及报表展现模块、交通管制模块、感知模块、stm32控制器模块和运动执行模块组成；
地图绘制模块通过系统的地图绘制画板绘制工厂实际环境，使用栅格单位描述磁导航机器人所处的工作环境，磁导航机器人以栅格为单位进行移动；通讯模块负责询问磁导航机器人的各项信息并在磁导航机器人应答后反馈运行状态给实时监控模块，在系统运行期间，该模块需要保障通讯的可靠，在磁导航机器人出现异常掉线后恢复连接时能及时重新联系上该磁导航机器人，提供给上游程序准确可靠的数据信息，同时用于磁导航机器人与调度模块之间的通讯，磁导航机器人通过感知模块过的运行的信息，利用无线模块接收调度模块的询问指令，同时将运行信息反馈给调度模块，调度模块通过分析与判断产生控制指令发送给磁导航机器人，保证磁导航机器人的稳定运行；stm32控制器模块为磁导航机器人搭载的嵌入式控制设备及运行环境，用于处理分析和处理调度系统下发的各种指令；运动执行模块执行接收到的stm32控制模块的命令，完成相应的动作；路口信号灯模块用于显示路口交通状况，帮助作业环境内其他作业单元判别路口交通状态；叫车模块用于发出呼叫磁导航机器人的任务指令给调度程序，同时接收调度程序反馈的信息在调度模块上显示；
步骤2，确定网络传输系统的传输协议：采用无线通讯的方式实现磁导航机器人的数据传输，磁导航机器人的控制模块通过通讯实现对运动执行模块的控制，平台应用系统根据通讯模块读取磁导航机器人各项数据和路径规划算法实现对磁导航机器人的调度；
步骤3，设计回路A*路径寻优算法，并将回路A*路径寻优算法嵌入平台应用系统中，为提高A*算法的路径点搜寻速度，回路A*路径寻优算法设计了两个寻优方向，一个寻优方向是从起点至终点的路径搜索，另一个方向是终点至起点的路径搜索；
步骤3中设计回路A*路径寻优算法的具体步骤可以表示为：
回路A*路径寻优算法的评估函数具体公式为：
其中，f(n)是起点到节点n的评估函数，g(n) 是起点到节点n的实际损失值，h(n)是节点n到终点到的实际损失值，实际损失值用下述均方差公式来计算：
改进后的回路A*路径寻优算法流程为：
（1）将起点放入到open1列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open1列表；
（2）判断open1列表，如果为空，则搜索失败，如果open1列表中存在目标节点，则移除表中评估函数最小的节点；
（3）将移除的节点加入到close1列表中，并记录上一步行走方向d1，并更新节点位置；
（4）计算当前节点的相邻的所有可到达节点，生成一组子节点，对于每一个子节点：
a)如果该节点在close1列表中，则删除它；
b)如果该节点在open1列表中，则寻找最小的评估函数值，并和上一步行走方向d1的评估函数值比较是否满足条件更新其评估函数值，将最优的节点的父节点设置为当前节点；其中，当前方向 d1 的节点在 open1 列表 ；
c)如果该节点不在open1列表中，则将其加入到open1列表，并计算评估函数值，设置其父节点为当前节点；
（5）转至步骤（2）；
（6）将终点放入到open2列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open2列表；
（7）判断open2列表，如果为空，则搜索失败，如果open2列表中存在目标节点，则移除表中评估函数最小的节点；
（8）将移除的节点加入到close2列表中，并记录上一步行走方向d2，并更新节点位置；
（9）计算当前节点的相邻的所有可到达节点，生成一组子节点，对于每一个子节点：
a)如果该节点在close2列表中，则删除它；
b)如果该节点在open2列表中，则寻找最小的评估函数值，并和上一步行走方向d2的评估函数值比较是否满足条件更新其评估函数值，将最优的节点的父节点设置为当前节点；其中，当前方向 d2 的节点在 open2 列表 ；
c)如果该节点不在open2列表中，则将其加入到open2列表，并计算评估函数值，设置其父节点为当前节点；
（10）转至步骤（7）；
（11）设置路径迭代寻优的停止条件，若达到停止条件则确定回路A*路径寻优的停止节点m，同时对起点和终点进行回溯，链接起点和终点，最终完成路径寻优的过程；
步骤4，设计磁导航机器人的防碰探路者算法：防碰探路者算法可避免多个磁导航机器人运动时的碰撞和死锁情况，其核心思想是在机器人前行时，向前探寻一个单位和多个单位的距离，并判断是否是安全距离，若是安全距离则继续保持当前状态，若不是安全距离则执行相应的交通指令；
步骤5，平台应用系统读取磁导航机器人数据，通过扫描磁性地标和磁条铜鼓通讯模块将磁导航机器人所在位置和线路发送至平台应用系统，同时平台应用系统启动路径规划算法对磁导航机器人的路径进行寻优，并对磁导航机器人行驶速度进行量化，将速度和方向发送个控制模块；
步骤4中防碰探路者算法的具体步骤可以表示为：
防碰探路者算法分为：邻近状态防碰模型和非邻近状态防碰撞模型；其中，邻近状态防碰模型可表示为：
(1)采集机器人A在地图中的地址；
(2) 采集机器人B在地图中的地址；
(3)计算机器人A与机器人B的地址的相对距离；
(4)交通管制模块根据相对距离，判定机器人A和机器人B是否在安全注意，若是安全距离，则机器人A和机器人B保持各自当前状态继续前进，若不在安全距离，则在坚持优级的前提下，谁先占用资源谁先使用，另一处于等待；
(5)直到小车处于安全状态；
非邻近状态防碰撞模型可表示为：
(1) 根据步骤3获取机器人A的交通路径A’；
(2) 根据步骤3获取机器人B的交通路径B’；
(3)交通管制模块计算路径A’和路径B’相交的线路；
(4)若有相交的线路，则交通管制模块判断路径A’和路径B’相交的线路方向是否相向，若相同则机器人A和机器人B继续前行，直到邻近状态；若反向而行，则机器人A和机器人B两辆车谁先来到交叉线路端口，先通过交叉线路，后来到交叉线路端口的机器人等待先来到交叉线路机器人通过后，后到交叉线路机器人再通过交叉线路；
(5)若没有相交线路，则机器人A和机器人B保持原状态继续前行；
步骤6，设计磁导航机器人的运作流程：将回路A*路径寻优算法嵌入到调度模块中，并对搭建的物联网下磁导航机器人及导航调度系统和平台应用系统进行联调，实现磁导航机器人的运作并实际应用；
步骤6中设计磁导航机器人运作流程的具体步骤可以表示为：
工作人员准备好装满货的料车，点击所在地标的叫车模块，调度程序接收到指令并处理，根据算法安排最近的空闲的磁导航机器人并规划磁导航机器人路线向磁导航机器人发出发车任务，在此基础上，调度模块告知程序已经处理了叫车模块的叫车任务和相应的派车信息；调度模块控制磁导航机器人来到叫车模块所在的磁地标位置，并做出对应该地标的动作；磁导航机器人通过感知模实时抓取地标，获取自身所在位置并通过控制模块将收集到的位置信息处理反馈给无线通讯模块，磁导航机器人实时与调度程序通讯，通过无线通讯模块反馈运行信息给调度模块，调度程序根据磁导航机器人反馈的运行信息来是实现磁导航机器人的交通管制和路口信号灯管控；
由控制模块实现磁导航机器人与感知模块，无线通讯模块、运动执行模块进行信号交互和指令发送；控制模块通过接收感知模块的数据，协同无线模块向调度模块反馈数据，调度模块通过读取的数据，将数据输入改进后的回路A*路径寻优算法中计算磁导航机器人的最优路径，同时通过无线模块发送来自调度模块的指令，转换为机器命令传输给运动执行模块执行任务；
运动执行模块通过接收控制传递的底层指令执行终端任务，同时通过感知模块的传感设备发送给终端控制模块形成闭环控制；运动执行模块为磁导航机器人运动呈现载体，由执行终端组成，执行终端包括：转动轮，升降勾锁，所述的闭环控制为：控制模块向运动执行模块发出指令，磁导航机器人执行动作同时，感知模块实时感知磁导航机器人状态变化并上报给控制模块，控制模块收到感知模块上报的信息并及时分析和处理并判断是否需要磁导航机器人执行动作，若有需要则控制模块下发指令给运动执行模块；
无线通讯模块为磁导航机器人上安装的信号发射装置，控制模块通过模块云上位机交互，调度模块通过无线通讯模块实时接收到磁导航机器人上报的数据，并将数据交给实时监控模块分析处理，实时监控模块将处理后的磁导航机器人信息按照类别分别交给数据存储模块和交通管制模块，交通管制模块根据磁导航机器人位置信息决定磁导航机器人是否需要进行交通管制和控制路口红绿灯，如果需要交通管制则发送相应的命令给无线通讯模块，无线通讯模块将命令转化为通讯数据传给磁导航机器人；如果需要信号灯控制则交通管制模块发送相应的命令给无线通讯模块，无线通讯模块将命令转化为通讯数据发送给信号灯；
磁导航机器人通过无线通讯模块接收到调度程序的指令，无线通讯模块先处理该指令将其转换成磁导航机器人控制模块需要的数据格式，磁导航机器人控制模块处理磁导航机器人通讯模块下发过来的数据，并将其转化为动作执行模块的底层指令下发给动作执行模块，动作执行模块执行动作指令。
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