CN113298294B - 一种基于智能生产线的物流路径规划方法 - Google Patents

一种基于智能生产线的物流路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能生产线的物流路径规划方法，包括以下步骤：1）确定AGV小车的指令构成；2）在AGV小车运行的厂房进行方位标志，并构建方位表进行方位管理；3）在AGV小车可能运行的轨迹上均设置红外线条和若干二维码点位，并根据二维码点位的位置关系，以AGV小车的主要字段设计点位关系表对二维码点位之间的关系进行管理；4）每个二维码点位及其相邻二维码点位关系录入点位关系表，用于点位位置管理；5）起点和终点进行最短路径计算，得到的最短路径数据；6）根据最短路径数据，通过方位表获得具体的AGV小车的路径指令。本发明的方法能够使AGV小车运行路线为非固定形式，其灵活多变，且不易出错，能够适用于更复杂的物流场景。

Description

一种基于智能生产线的物流路径规划方法
技术领域
本发明涉及人工智能技术领域，具体是指一种基于智能生产线的物流路径规划方法。
背景技术
随着电子商务高速发展，对仓储物流的效率要求越来越高，随之而来的便是以仓储物流机器人(AGV)为代表的自动化浪潮，智能仓储的概念也应运而生，以在提高仓储拣选效率的同时，应对不断上涨的劳动力成本。目前，拣选作业是库内最主要的环节，至少占据50％的库内操作成本，决定着客户的服务体验水平，因此如何利用物流机器人进一步提升拣选作业效率，对仓储物流具有重要意义；而高效的路径规划算法，正是决定物流机器人作业效率的关键因素，是物流机器人能够流畅运行的核心之一。
智能车间生产线物流路径自动规划是实现无人工智能运行必不可少的一部分。虽然关于路径规划的研究有很多，但都无法完全适用于军工企业智能生产线和专用的AGV物流小车的应用场景。此前，在使用AGV小车运货时，需要人工计算出详细路径指令，并输入至AGV小车。这种人工操作的方式不仅使AGV小车运行路线固定、不灵活，且易出错，对于更复杂的物流场景不适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以灵活的根据起始点、终止点位置，规划出小车运行的最优路径，并生成AGV运行指令的基于智能生产线的物流路径规划方法。
本发明通过下述技术方案实现：一种基于智能生产线的物流路径规划方法，包括以下步骤：
(1)确定AGV小车的指令构成；
(2)在AGV小车运行的厂房进行方位标志，并构建方位表进行方位管理；
(3)在AGV小车可能运行的轨迹上均设置红外线条和若干二维码点位，并根据二维码点位的位置关系，以AGV小车的主要字段设计点位关系表对二维码点位之间的关键理；
(4)根据厂房内二维码点位的位置，将每个二维码点位及其相邻二维码点位关系录入点位关系表，用于点位位置管理；
(5)根据物流任务起点和终点二维码进行最短路径计算，得到的最短路径的数据；
(6)根据步骤(5)得到的最短路径的数据，通过步骤(2)构建的方位表获得具体的AGV小车的路径指令。
本技术方案的工作原理为，智能生产现场物流运行路径由地面的红外线条、点位二维码以及光通讯仪器构成，AGV小车可根据固定的线条和二维码点位来判断小车目前所在的位置，并根据后续运行指令来指导接下来的动作。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(1)中，AGV小车的指令构成主要由二维码点位值、正向行驶或逆向行驶标志、车辆行驶速度、车尾的进入方向、车头的角度值构成。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(2)中，对AGV小车运行的厂房进行方位标志是通过东西南北(E,W,S,N,)方位来进行方位标志。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(3)中，构建的点位关系表包括的主要字段为：起始点位、终止点位、两点间路径长度、运行耗电量、可用标志、方向、AGV车辆类型、倒车标志。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(5)中，根据物流任务起点和终点二维码进行最短路径计算的具体过程为：
(5.1)根据起始点位在点位关系表中查找下一相邻点位I，所述相邻点位I具有多个；
(5.2)再根据多个相邻点位I，根据点位关系表继续查找下一相邻点位II；
(5.3)采用迭代算法进行计算，直到下一相邻点位为终点点位或起点点位为止；
(5.4)选取一条起点至终点的最短路径作为最终选择的路径点位，并将该最短路径的数据按照起始点位、放向、倒车标志、终止点位的顺序排列。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(5)中的路径计算过程中，需要判断下一相邻点位是否在原路径里出现过，若出现过则直接忽略此点位。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(6)中，AGV小车的路径指令的具体获得过程为：
(6.1)将步骤(5)得到的最短路径的数据转成数组a，并将方位表全部存入字典集合AllDir中；
(2)当数组元素ai非最后一个元素时，若该元素上一元素ai-1为T，即倒车时，判断下下一位ai+2行驶状态，若ai+2为F即下段路径正向行驶，则指令添加"2,AllDir[ai-2].RevsDir,AllDir[ai+1].Angle#"；若ai+2为T，即下段路径倒车行驶，则指令添加"2,AllDir[ai-2].RevsDir,AllDir[ai+1].RevsAng#"；
(3)当数组元素ai为最后一个点，且该元素上一元素ai-1为T，即倒车时，指令添加"2,AllDir[ai-2].RevsDir,AllDir[ai-2].RevsAng#"；
(4)当数组元素ai非最后一个点时，若该元素上一元素ai-1为F，即正向行驶时，判断下下一位ai+2行驶状态，若ai+2为F即下段路径正向行驶，则指令添加"1,AllDir[ai-2].Direction,AllDir[ai+1].Angle#"；若ai+2为T，即下段路径倒车行驶，则指令添加"1,AllDir[ai-2].Direction,AllDir[ai+1].RevsAng#"；
(5)当数组元素ai为最后一个点，且该元素上一元素ai-1为F，即正向行驶时，指令添加"1,AllDir[ai-2].Direction,AllDir[ai-2].Angle#"。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明提供的方法可以灵活的根据起始点、终止点位置，规划出小车运行的最优路径，并生成AGV运行指令；
(2)本发明的方法能够用于智能车间生产线自动物流运输，实现AGV小车无人工自动运行，保障生产线全自动运行；
(3)本发明的方法能够使AGV小车运行路线为非固定形式，其灵活多变，且不易出错，能够适用于更复杂的物流场景，适宜广泛推广应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：
图1为本发明中AGV小车坐标方位图；
图2为本发明中厂房点位关系图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为使本发明的目的、工艺条件及优点作用更加清楚明白，结合以下实施实例，对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内，此处所描述的具体实施实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例的提供基于智能生产现场物流路径自动规划的方法，其步骤包括：
AGV小车指令分析
AGV小车可识别的指令由二维码点位值，正向行驶或逆向行驶标志(其中1为正向，2为逆向)，车辆行驶速度(1快速，2慢速)，车尾的进入方向，车头的角度值这五个部分构成。在物流二维码点位关系设计的过程中，选用东西南北(E,W,S,N,)方位来进行点位之间的关系判断。首先我们将厂房按EWSN方位进行标示，并将车辆的进入方向及进入角度按照此坐标方位进行标示，便于根据点位生成小车指令。其方位图如图1所示。图1中W代表方位(即二维码点位位置关系)，4为车尾的进入方向(即AGV小车向下一点位行驶时，车尾进入的方向，如车尾进入方向朝W则值为4)，-90°为车头的角度(即AGV小车向下一点位行驶时，车头的角度，如车头朝W则值为-90)。此位置关系是通过对AGV指令进行多次获取后进行分析得出，为此类小车的特有属性。通过建立数据表进行方位管理，如下表所示
表1方位表
Figure BDA0003050001410000051
Figure BDA0003050001410000061
智能车间点位关系的建立
生产线AGV小车需要运行的轨迹都贴有红色线条和二维码，如附图2所示，7、8、9等为二维码的数值，根据车间的二维码位置，可以构建一个数据表进行点位及点位之间的关系管理。
点位关系表的设计包括以下几个主要字段：起始点位、终止点位、两点间路径长度、运行耗电量、可用标志、方位(SWEN)、AGV车辆类型(物料车MATERIEL_APPLY、刀具车TOOL_APPLY、库房车CLAMPINGSTORE_APPLY)、倒车标志(此段路径是否需要车辆倒入行驶)，如下表所示：
表2二维码点位关系表
Figure BDA0003050001410000062
Figure BDA0003050001410000071
根据厂房内二维码标签的位置，将每个二维码点位及其相邻点位关系录入点位关系表，用于点位位置管理。如图2所示，点位7、8的录入方式为：从7至8行驶时，FROM_POSITION为7，TO_POSITION为8，REVERSE_SIGN为F正向行驶，DIRECTION为N(8位于7的N方向，参考图1坐标，此字段建立了点位关系表2与方位表1之间的关系)，MATERIEL_APPLY为T(此段路线物料车可行驶)。
3、自动生成路径算法
根据物流任务起点和终点二维码进行最短路径计算，具体算法如下：根据起始点位在表2点位关系表中查找下一相邻点位1(根据FROM_POSITION查找TO_POSITION)，再根据多个点位1继续查找下一相邻点位2，采用迭代算法进行计算，直到下一相邻点位为终点码或起点码为止。(在路径计算过程中，需要判断下一相邻点位是否在原路径里出现过，若出现过则直接忽略此点位，防止因路径重复过度计算导致路径计算崩溃。)选取一条起点至终点的最短路径作为最终选择的路径点位。将此路径所有数据按照以下方式排列：“FROM_POSITION，DIRECTION，REVERSE_SIGN，TO_POSITION”(DIRECTION和REVERSE_SIGN也是决定AGV指令的重要因素)，此方式排序便于自动生成AGV指令。
4、自动生成AGV指令
根据步上述步骤得到一个序列“A1,N,F,A2,S,F,A3……”可以通过查找表1方位表来计算路径，具体算法如下：
(1)将以上序列转成数组a，并将方位表全部存入字典集合AllDir中；
(2)当数组元素ai非最后一个元素时，若该元素上一元素ai-1为T，即倒车时，判断下下一位ai+2行驶状态，若ai+2为F即下段路径正向行驶，则指令添加
"2,AllDir[ai-2].RevsDir,AllDir[ai+1].Angle#"(用#作为每段指令分隔符)
若ai+2为T，即下段路径倒车行驶，则指令添加
"2,AllDir[ai-2].RevsDir,AllDir[ai+1].RevsAng#"
(3)当数组元素ai为最后一个点，且该元素上一元素ai-1为T，即倒车时，指令添加
"2,AllDir[ai-2].RevsDir,AllDir[ai-2].RevsAng#"
(4)当数组元素ai非最后一个点时，若该元素上一元素ai-1为F，即正向行驶时，判断下下一位ai+2行驶状态，若ai+2为F即下段路径正向行驶，则指令添加
"1,AllDir[ai-2].Direction,AllDir[ai+1].Angle#"
若ai+2为T，即下段路径倒车行驶，则指令添加
"1,AllDir[ai-2].Direction,AllDir[ai+1].RevsAng#"
(5)当数组元素ai为最后一个点，且该元素上一元素ai-1为F，即正向行驶时，指令添加
"1,AllDir[ai-2].Direction,AllDir[ai-2].Angle#"
实施例2：
本实施例针对上述实施例提出的一套自动生成AGV指令的程序，当输入起点终点标志时，自动输出一条AGV小车可执行的最短运行路线指令。根据车间现场的点位结构，生成一条物料AGV小车从装夹区去机床的指令。
如输入(9,2)：
程序自动生成路径：50,1,1,-90#30,1,3,180#2,2,2,180。经现场验证，物料AGV可从9号点位运行至2号点位，且为最优路径。
此自动路径算法已经成功用于智能车间生产线的物流调度系统，可以根据上层管控发出的生产任务，自动生成详细的分段物流路径，并传送至AGV小车，指导车辆运。本实施例其他部分与上述实施例相同，这里不在赘述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于智能生产线的物流路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）确定AGV小车的指令构成；
（2）在AGV小车运行的厂房进行方位标志，并构建方位表进行方位管理；
（3）在AGV小车可能运行的轨迹上均设置红外线条和若干二维码点位，并根据二维码点位的位置关系，以AGV小车的主要字段设计点位关系表对二维码点位之间的关系进行管理；
（4）根据厂房内二维码点位的位置，将每个二维码点位及其相邻二维码点位关系录入点位关系表，用于点位位置管理；
（5）根据物流任务起点和终点二维码进行最短路径计算，得到的最短路径的数据；
（6）根据步骤（5）得到的最短路径的数据，通过步骤（2）构建的方位表获得具体的AGV小车的路径指令；所述步骤（6）中，AGV小车的路径指令的具体获得过程为：
（6.1）将步骤（5）得到的最短路径的数据转成数组a，并将方位表全部存入字典集合AllDir中；
（6.2）当数组元素ai非最后一个元素时，若该元素上一元素ai-1为T，即倒车时，判断下下一位ai+2行驶状态，若ai+2为F即下段路径正向行驶，则指令添加"2, AllDir[ai-2].RevsDir, AllDir[ai+1].Angle #" ；若ai+2为T，即下段路径倒车行驶，则指令添加"2,AllDir[ai-2].RevsDir, AllDir[ai+1].RevsAng #"；
（6.3）当数组元素ai为最后一个点，且该元素上一元素ai-1为T，即倒车时，指令添加"2,AllDir[ai-2].RevsDir,AllDir[ai-2].RevsAng #"；
（6.4）当数组元素ai非最后一个点时，若该元素上一元素ai-1为F，即正向行驶时，判断下下一位ai+2行驶状态，若ai+2为F即下段路径正向行驶，则指令添加"1,AllDir[ai-2].Direction, AllDir[ai+1].Angle #"；若ai+2为T，即下段路径倒车行驶，则指令添加"1,AllDir[ai-2]. Direction, AllDir[ai+1].RevsAng #"；
（6.5）当数组元素ai为最后一个点，且该元素上一元素ai-1为F，即正向行驶时，指令添加"1,AllDir[ai-2]. Direction,AllDir[ai-2]. Angle #"。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能生产线的物流路径规划方法，其特征在于，所述步骤（1）中，AGV小车的指令构成主要由二维码点位值、正向行驶或逆向行驶标志、车辆行驶速度、车尾的进入方向、车头的角度值构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于智能生产线的物流路径规划方法，其特征在于，所述步骤（2）中，对AGV小车运行的厂房进行方位标志是通过东西南北（E,W,S,N,）方位来进行方位标志。
4.根据权利要求3所述的一种基于智能生产线的物流路径规划方法，其特征在于，所述步骤（3）中，构建的点位关系表包括的主要字段为：起始点位、终止点位、两点间路径长度、运行耗电量、可用标志、方向、AGV车辆类型、倒车标志。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于智能生产线的物流路径规划方法，其特征在于，所述步骤（5）中，根据物流任务起点和终点二维码进行最短路径计算的具体过程为：
（5.1）根据起始点位在点位关系表中查找下一相邻点位I，所述相邻点位I具有多个；
（5.2）再根据多个相邻点位I，根据点位关系表继续查找下一相邻点位II；
（5.3）采用迭代算法进行计算，直到下一相邻点位为终点点位或起点点位为止；
（5.4）选取一条起点至终点的最短路径作为最终选择的路径点位，并将该最短路径的数据按照起始点位、放向、倒车标志、终止点位的顺序排列。
6.根据权利要求5所述的一种基于智能生产线的物流路径规划方法，其特征在于，所述步骤（5）中的路径计算过程中，需要判断下一相邻点位是否在原路径里出现过，若出现过则直接忽略此点位。
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