CN113835431A - 一种用于多台四向穿梭同区域作业的调度方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于多台四向穿梭同区域作业的调度方法和系统，以四向穿梭车可四向运行的节点为母道节点，可双向行驶的货位处为子道节点，相邻子道节点/母道节点连接形成路径段，构建运行地图；以每个母道节点为中心向外扩散固定间距的正方形点矩阵作为相应母道节点的锁定节点；将位于路径段上的矩阵点沿路径段按固定间距延伸，形成路径段上的锁定节点；获取四向穿梭车在固定时间段内的运行区域，并发出锁定运行区域内的锁定节点的请求；如果锁定节点的请求存在不存在冲突，则将运行区域内的锁定节点锁定，并在通过锁定节点后释放已通过的锁定节点。本发明的方法安全性好，并可实现多台四向穿梭同区域作业的高效调度。

Description

一种用于多台四向穿梭同区域作业的调度方法和系统

技术领域

本发明属于自动化仓储设备及其控制技术领域，具体涉及一种用于多台四向穿梭车同区域作业的调度方法和系统。

背景技术

5G 无线通信技术的商用，激光雷达测距应用的成熟和普及为智能设备发展创造了前所未有的有利条件，同时现代物流对时间和空间利用率的极值追求，给自动化立体仓库的深入研究和进一步推广都提供了时代机会。无论是传统生产制造业还是新型互联网电商，为了提升配送效率，都纷纷建造了可容纳众多 SKU（Standard Product Unit）的仓储物流中心（例如中国烟草、一汽集团、天猫商城和京东等）。仓储物流已经进入自动化系统集成时代，以高层立体货架为存储主体设备已发展成为智能化物流系统存储的主要方式，工作主体也有货架存储转变成机器人或穿梭车+货架。以货架+穿梭车+提升机+拣选系统+仓库管理系统等硬件和软件集成的存储系统，成为目前主要的存储模式之一。为提高城市最后一公里配送时效或者应对促销活动的海量需求，对仓储作业的柔性提出了更高的要求，一种新型的穿梭车系统——四向穿梭车系统使用日益普及。

四向穿梭车系统可以根据负载需求动态调整作业任务，具有较强的灵活性，但同层多辆穿梭车并行运行可能会产生路径冲突，可能运行碰撞问题，系统控制调度也更为复杂。现有技术中通常采用两种方式来解决这一问题：（1）在设备上加装避障传感器，但是由于四向穿梭车运行环境的复杂性，避障传感器从根本上无法解决该问题；（2）从上层调度入手，在四向车运行时将其规划路线上的路径全局占用，来规避碰撞问题，但这样大幅降低了四向穿梭车的工作效率。

发明内容

为了解决现有技术中的同层多台四穿梭车调度之间的避障问题，本发明提供了一种同区域内多台四向穿梭车的安全高效的调度方法和系统。

本发明为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于多台四向穿梭同区域作业的调度方法，包括：

以四向穿梭车可四向运行的节点为母道节点，可双向行驶的货位处为子道节点，相邻子道节点/母道节点连接形成路径段，构建运行地图；

以每个母道节点为中心向外扩散固定间距的正方形点矩阵作为相应母道节点的锁定节点；将位于路径段上的矩阵点沿路径段按固定间距延伸，形成路径段上的锁定节点；

获取四向穿梭车在固定时间段内的运行区域，并发出锁定运行区域内的锁定节点的请求；

如果锁定节点的请求存在不存在冲突，则将运行区域内的锁定节点锁定，并在通过锁定节点后释放已通过的锁定节点；如果锁定节点的请求存在冲突，即请求锁定的锁定节点已被锁定，则进行避让操作。

作为本发明的进一步改进，所述将运行区域内的锁定节点锁定的方式为：

在锁定节点内设置四向穿梭车设备标识；

将锁定节点内的设备标识标记为占用状态，仅允许设备标识对应的四向穿梭车使用，实现锁定节点的锁定。

进一步的，所述释放锁定节点的方式为：

将锁定节点内的设备标识标记置空，则释放锁定节点。

作为本发明的进一步改进，所述调度方法还包括：

a. 四向穿梭车沿运行区域行驶时，每通过一个锁定节点后，释放该锁定节点，并获取下一个固定时间段内的运行区域；

b. 对比获取的运行区域和前一次获取的运行区域的变化，如果产生新的运行区域，则发出锁定新运行区域内的锁定节点的请求，并进行冲突判断；否则判断四向穿梭车是否继续运行；

c. 如果四向穿梭车运行，则重复a~b，直至四向穿梭车不再运行。

作为本发明的进一步改进，所述避让操作为：

I）在请求锁定的锁定节点已被锁定时，判断占用锁定节点的四向穿梭车是否处于工作状态，如果不处于工作状态，则请求占用锁定节点的四向穿梭车避让；

II）否则四向穿梭车按照预设的时间长度原地等待。

进一步的，所述避让操作还包括：

III）四向穿梭车在等待时，以固定时间间隔发送锁定请求；

IV）在等待时间超出阈值后，判断占用锁定节点的四向穿梭车的目标节点是否为占用的锁定节点区域，如果是，则重复步骤I）~III）；否则查找新的行驶路径；

V）如果查找到新路径，则重新计算路径，并执行任务；否则判断当前四向穿梭车和占用锁定节点的四向穿梭车任务优先级是否相同；

VI）如果任务优先级相同，则计算各四向穿梭车和相应目标节点的距离，选择距离短的四向穿梭车进行避让；否则根据任务优先级，选择优先级低的设备避让。

作为本发明的进一步改进，所述固定间距的大小根据四向穿梭车边界尺寸和安全距离确定。

本发明的另一目的在于提供一种用于多台四向穿梭同区域作业的调度系统，包括：

地图构建模块，包括运行地图构建单元和锁定节点构建单元；

运行地图构建单元以四向穿梭车可四向运行的节点为母道节点，可双向行驶的货位处为子道节点，相邻子道节点/母道节点连接形成路径段，构建运行地图；

锁定节点构建单元以每个母道节点为中心向外扩散固定间距的正方形点矩阵作为相应母道节点的锁定节点；将位于路径段上的矩阵点沿路径段按固定间距延伸，形成路径段上的锁定节点；

节点锁定模块，获取四向穿梭车在固定时间段内的运行区域，并发出锁定运行区域内的锁定节点的请求，根据冲突处理模块的冲突判断，将运行区域内的锁定节点锁定，并在通过锁定节点后释放已通过的锁定节点；

冲突处理模块，根据节点锁定模块的请求判断请求锁定区域的冲突状态，如果锁定节点的请求存在不存在冲突，则向节点锁定模块反馈冲突状况；如果锁定节点的请求存在冲突，则进行冲突处理，包括等待、避让和/或绕路。

作为本发明的进一步改进，所述节点锁定模块执行下述操作：

a. 四向穿梭车沿运行区域行驶时，每通过一个锁定节点后，释放该锁定节点，并获取下一个固定时间段内的运行区域；

b. 对比获取的运行区域和前一次获取的运行区域的变化，如果产生新的运行区域，则发出锁定新运行区域内的锁定节点的请求，并进行冲突判断；否则判断四向穿梭车是否继续运行；

c. 如果四向穿梭车运行，则重复a~b，直至四向穿梭车不再运行。

作为本发明的进一步改进，所述冲突处理模块执行的等待、避让和/或绕路方式包括：

I）在请求锁定的锁定节点已被锁定时，判断占用锁定节点的四向穿梭车是否处于工作状态，如果不处于工作状态，则请求占用锁定节点的四向穿梭车避让；

II）否则四向穿梭车按照预设的时间长度原地等待；

III）四向穿梭车在等待时，以固定时间间隔发送锁定请求，；

IV）在等待时间超出阈值后，判断占用锁定节点的四向穿梭车的目标节点是否为占用的锁定节点区域，如果是，则重复步骤I）~III）；否则查找新的行驶路径；

V）如果查找到新路径，则重新计算路径，并执行任务；否则判断当前四向穿梭车和占用锁定节点的四向穿梭车任务优先级是否相同；

VI）如果任务优先级相同，则计算各四向穿梭车和相应目标节点的距离，选择距离短的四向穿梭车进行避让；否则根据任务优先级，选择优先级低的设备避让。

本发明的方法具有如下有益效果：

（1）在运行地图中对子道节点和母道节点设计不同的锁定节点，针对母道节点向外扩展矩阵锁点节点，相邻母道节点连线间设置距离锁定节点，可有效提升四向穿梭车运行的安全性。

（2）基于时间段来进行节点锁定，在四向穿梭车运行时，锁定未来一段时间内的运行区域，并根据行驶状态进行锁定节点释放和新的区域锁定，可以提升多车协同作业的效率。

（3）在锁定节点冲突时，采用等待、避让与绕路结合的方式顺序操作，提升设备作业的灵活性和作业效率。

附图说明

图1为本发明四向穿梭车实在某时间段内申请锁定的节点的地图示例。

图2为本发明的节点申请锁定节点流程。

图3为本发明的锁定节点释放流程。

图4为本发明的节点申请锁定冲突时避让的总体流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，以下实例仅用于更加清楚的说明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明主要包含四向穿梭车在某时间段运行区域锁定方案，多台四向穿梭车的运行区域冲突避让方案。

如图1所示，是本发明四向穿梭车在某一时间段内运行地图的示例，1~8为四向穿梭车可四向运行的母道节点，1001~1008为存放货位的子道节点，在该节点上面四向穿梭车只能左右两向行驶。1→2，1→3，2→4，3→4，3→5，4→6，5→6，5→7，6→8，7→8为路径段。其他黑色的点用于四向穿梭车运行时锁定的节点，这些点的定义如下：由于母道节点四向车穿梭车可四向行驶，需避免出相向同向与直角交汇的碰撞情况，本发明在母道节点处的锁定节点定义为以母道节点为中心向外扩散固定间距的正方形点矩阵，正方形点矩阵的大小为四向穿梭车的边界大小与一定的安全范围，也包含本身的母道节点；由于路径段内部碰撞方式只有相向与同向两种，因此在路径段内部锁定节点确认方式是以母道节点之间取相同间距的点作为路径段上的申请节点，同时也包含路径段中的存放货位的子道节点；图1中所示的点只是部分路径段1→2的展示，其他区域在图中没有展示出效果。

本发明中路径区域节点锁定方案为，以四向穿梭车从当前时刻开始在未来某个时间段（例如20s）内运行区域内所有的锁定节点进行锁定，锁定方式在程序中，该节点内部有个设备标识，当锁定时将节点内部标识为占用的节点；锁定的节点只能由当前设备运行，其他设备是无法运行到该区域，降低多设备运行的碰撞概率，时间段的大小也可以调节，因此多设备的作业效率不会有太大的影响。如图2所示，是本发明的四向穿梭车运行锁定方案步骤：

步骤一、根据一些现有算法计算出四向穿梭车的运行路径；

步骤二、根据路径获取四向车从当前位置20s内运行的区域；

步骤三、申请锁定区域内节点；

步骤四、运行一个节点后判断后20s是否有新的区域；

步骤五、若存在新的区域，跳转至步骤三。

步骤六、若不存在新的区域，则判断设备是否继续运行；

步骤七、若设备运行，则跳转至步骤四；

步骤八、若设备没有运行，则结束。

方案中存在节点锁定，那就会存在接地那释放的操作，节点释放的操作主要是讲锁定节点中设备属性置空，置空后其他设备就可以继续申请该区域并且在区域内运行；如图3所示，是设备释放节点步骤：

步骤一、设备运行过某节点后；

步骤二、释放运行过的节点；

步骤三、判断设备是否运行，若设备运行中跳转至步骤一；

步骤四、释放除设备本身所在区域内所有锁定的节点。

当多台设备同时申请锁定节点时，会申请重复的节点，因此就存在设备之间的避让原则。在本发明中提出了一种多设备的避让方案。在避让方案中定义几种原则，等待原则，当申请锁定节点已被锁定时，则等待一段时间以后继续尝试申请；绕路原则，当申请的锁定的节点已被其他设备锁定时，将已锁定的节点标记重新通过一些算法计算运行路径继续作业；避让等待原则，当设备申请节点已被其他设备锁定时，选择其中一个设备避让。

如图4所示，是本发明节点申请冲突时一种解决方案，具体步骤如下：

步骤一、判断当前申请节点占用设备是否空闲；

步骤二、若占用节点设备空闲中，则要求占用设备避让出区域给当前设备使用，当前设备继续执行相关作业；

步骤三、若占用节点设备工作中，则等待一段时间，等待的时候持续发送锁定请求，如果申请节点被其他设备释放，则继续锁定节点执行相关作业任务；

步骤四、若等待的时间超过一定阈值后，申请区域节点依然被占用，则判断占用设备任务的目标点是否为占用节点区域；

步骤五、若占用设备的任务目标点为冲突点，则跳转至步骤二；

步骤六、若冲突点不为占用设备的作业目标点，则尝试计算当前设备作业运行的路径；

步骤七、判断当前设备是否可以寻找到新的路径，若可以找到新的运行路径，则根据新的路径继续执行当前作业；

步骤八、若无法找到新的路径，则判断两台设备作业任务的优先级是否相同，若不同则选择优先级低的设备进行避让；

步骤九、若两台设备作业任务优先级相同，则计算两台设备当前位置距离目标点位置距离判断，选择距离短的设备进行避让。

Claims (10)

1.一种用于多台四向穿梭同区域作业的调度方法，其特征在于，包括：

以四向穿梭车可四向运行的节点为母道节点，可双向行驶的货位处为子道节点，相邻子道节点/母道节点连接形成路径段，构建运行地图；

以每个母道节点为中心向外扩散固定间距的正方形点矩阵作为相应母道节点的锁定节点；将位于路径段上的矩阵点沿路径段按固定间距延伸，形成路径段上的锁定节点；

获取四向穿梭车在固定时间段内的运行区域，并发出锁定运行区域内的锁定节点的请求；

如果锁定节点的请求存在不存在冲突，则将运行区域内的锁定节点锁定，并在通过锁定节点后释放已通过的锁定节点；如果锁定节点的请求存在冲突，即请求锁定的锁定节点已被锁定，则进行冲突处理，包括等待、避让和/或绕路。

2.根据权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述将运行区域内的锁定节点锁定的方式为：

在锁定节点内设置四向穿梭车设备标识；

将锁定节点内的设备标识标记为占用状态，仅允许设备标识对应的四向穿梭车使用，实现锁定节点的锁定。

3.根据权利要求2所述的调度方法，其特征在于，所述释放锁定节点的方式为：

将锁定节点内的设备标识标记置空，则释放锁定节点。

4.根据权利要求1所述的调度方法，其特征在于，还包括：

a. 四向穿梭车沿运行区域行驶时，每通过一个锁定节点后，释放该锁定节点，并获取下一个固定时间段内的运行区域；

b. 对比获取的运行区域和前一次获取的运行区域的变化，如果产生新的运行区域，则发出锁定新运行区域内的锁定节点的请求，并进行冲突判断；否则判断四向穿梭车是否继续运行；

c. 如果四向穿梭车运行，则重复a~b，直至四向穿梭车不再运行。

5.根据权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述冲突处理的方式为：

I）在请求锁定的锁定节点已被锁定时，判断占用锁定节点的四向穿梭车是否处于工作状态，如果不处于工作状态，则请求占用锁定节点的四向穿梭车避让；

II）否则四向穿梭车按照预设的时间长度原地等待。

6.根据权利要求5所述的调度方法，其特征在于，还包括：

III）四向穿梭车在等待时，以固定时间间隔发送锁定请求，；

IV）在等待时间超出阈值后，判断占用锁定节点的四向穿梭车的目标节点是否为占用的锁定节点区域，如果是，则重复步骤I）~III）；否则查找新的行驶路径；

V）如果查找到新路径，则重新计算路径，并执行任务；否则判断当前四向穿梭车和占用锁定节点的四向穿梭车任务优先级是否相同；

VI）如果任务优先级相同，则计算各四向穿梭车和相应目标节点的距离，选择距离短的四向穿梭车进行避让；否则根据任务优先级，选择优先级低的设备避让。

7.根据权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述固定间距的大小根据四向穿梭车边界尺寸和安全距离确定。

8.一种用于多台四向穿梭同区域作业的调度系统，其特征在于，包括：

地图构建模块，包括运行地图构建单元和锁定节点构建单元；

运行地图构建单元以四向穿梭车可四向运行的节点为母道节点，可双向行驶的货位处为子道节点，相邻子道节点/母道节点连接形成路径段，构建运行地图；

锁定节点构建单元以每个母道节点为中心向外扩散固定间距的正方形点矩阵作为相应母道节点的锁定节点；将位于路径段上的矩阵点沿路径段按固定间距延伸，形成路径段上的锁定节点；

节点锁定模块，获取四向穿梭车在固定时间段内的运行区域，并发出锁定运行区域内的锁定节点的请求，根据冲突处理模块的冲突判断，将运行区域内的锁定节点锁定，并在通过锁定节点后释放已通过的锁定节点；

冲突处理模块，根据节点锁定模块的请求判断请求锁定区域的冲突状态，如果锁定节点的请求存在不存在冲突，则向节点锁定模块反馈冲突状况；如果锁定节点的请求存在冲突，则进行冲突处理，包括等待、避让和/或绕路。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述节点锁定模块执行下述操作：

a. 四向穿梭车沿运行区域行驶时，每通过一个锁定节点后，释放该锁定节点，并获取下一个固定时间段内的运行区域；

b. 对比获取的运行区域和前一次获取的运行区域的变化，如果产生新的运行区域，则发出锁定新运行区域内的锁定节点的请求，并进行冲突判断；否则判断四向穿梭车是否继续运行；

c. 如果四向穿梭车运行，则重复a~b，直至四向穿梭车不再运行。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述冲突处理模块执行的等待、避让和/或绕路方式包括：

I）在请求锁定的锁定节点已被锁定时，判断占用锁定节点的四向穿梭车是否处于工作状态，如果不处于工作状态，则请求占用锁定节点的四向穿梭车避让；

II）否则四向穿梭车按照预设的时间长度原地等待；

III）四向穿梭车在等待时，以固定时间间隔发送锁定请求，；

IV）在等待时间超出阈值后，判断占用锁定节点的四向穿梭车的目标节点是否为占用的锁定节点区域，如果是，则重复步骤I）~III）；否则查找新的行驶路径；

V）如果查找到新路径，则重新计算路径，并执行任务；否则判断当前四向穿梭车和占用锁定节点的四向穿梭车任务优先级是否相同；

VI）如果任务优先级相同，则计算各四向穿梭车和相应目标节点的距离，选择距离短的四向穿梭车进行避让；否则根据任务优先级，选择优先级低的设备避让。

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