CN113945216A - 一种移动机器设备的路径规划和管理系统和方法 - Google Patents

一种移动机器设备的路径规划和管理系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种移动机器设备的路径规划和管理系统和方法，包括路径生成模块，接收移动机器设备从起点到终点的请求，依照路径生成插件返回的可行性信息，规划移动机器设备的路径；路径生成插件，接收路径生成模块发送的源点、邻接点以及源点的分数，然后分析移动机器设备从源点到达邻接点的可行性；路径执行模块，将路径上的每个线段传送给锁模块以申请该线段终点的锁，并执行该线段；锁模块，接收机器人信息、线段信息和加锁或解锁请求，以进行上锁或解锁处理；通过本发明，能够全自动地规避等待链产生，降低了使用成本，同时，对于已规划的路径，无需因为拥堵或阻塞的原因而重新规划路径，能够保证工艺流程完整性、提高整系统的健壮性。

Description

一种移动机器设备的路径规划和管理系统和方法
技术领域
本发明涉及图像识别技术领域，特别涉及一种移动机器设备的路径规划和管理系统和方法。
背景技术
移动机器设备，比如机器人或AGV(Automated Guided Vehicle)小车，装有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶。
由于移动机器设备具有一定的尺寸，并且载货后可能尺寸更为庞大，会导致在空间有限的区域内多个移动机器设备无法会车的情况；此外移动机器设备运行速度一般较快，在经过十字路口时，存在碰撞风险，因此需要交通管理系统来协调各个移动机器设备的运行。
现有移动机器设备集群的交通管理方法，通常使用点和线段构成图表达场景，通常来说，点表示一个工位、路口或者需要交通管控的位置，线段表示路口到路口的路线。
机器设备若前往某工位作业，需要依次获取路径上各点的通行权限，得到放行后才能够开始前往目标点。通过该方法可以协调各个机器设备的路线执行，使其避免发生空间干涉。也有一些其他方法直接让移动机器设备具有一些自主避让能力，来应对场景较为宽阔时的多移动机器设备协调作业。虽然现有的交通管理方法也能应对移动设备日常的管理，但其有很多限制或缺陷，比如：
1.现有的移动机器设备集群的路径规划和交通管理方法对具有一些几何约束要求较特别的路段处理能力不佳，需要锁闭一个较大的区域，其中只允许指定移动机器设备进入作业，其他移动机器设备不得进入，降低了通行效率。如叉车叉取货物时，需要先前行再倒车叉取货物，当货位较为密集时，叉车倒车取放货时将占用其他货位的取放货空间和其他叉车的行驶空间。此时，交通管理方法会锁闭一个较大的区域，降低了移动机器设备系统的整体运行效率。
2.对于路网较为密集的场景，容易出现移动机器设备产生等待链并死锁的问题。如有一群机器设备ABC，A停车等待B，B停车等待C，而C停车等待A，该情况下所有机器设备都无法移动，造成死锁，从而导致机器设备系统停止运行。
3.对于空间受限的瓶颈路径区域，容易出现相互堵塞无法运动的情况。比如当两个联通区域只由一个相对狭窄的通道连通，而往来的移动机器设备数量较多时，无法以有序方式进出区域，最终导致所有机器设备都相互卡在通道处，从而导致机器设备系统停止运行。
4.现有技术无法预知等待链的发生，只能等到等待链实际发生后，为被阻塞的移动机器设备重新规划路径并行走。但不是所有工艺流程都允许移动机器设备重新规划路径并行走：如移动机器设备从无尘车间进入普通车间后，不得原路返回无尘车间等。因此仍然存在无法规划新路径、死锁仍旧存在的风险；其次即便规划了新路径，不仅浪费了机器设备的可行驶里程，且仍然存在再次被阻塞乃至导致死锁的可能。这导致机器设备系统无效作业。
发明内容
本发明目的是使移动移动机器设备集群系统可全自动地处理移动移动机器设备运行路线上的干涉问题。为实现上述目的，根据本发明提供了一种移动移动机器设备的路径规划和管理系统，包括：路径生成模块、路径生成插件、路径执行模块和锁模块；其中，
路径生成模块，用于接收移动机器设备从起点到终点的请求，依照路径生成插件返回的可行性信息，规划当前移动机器设备集群中所述移动机器设备的路径；
路径生成插件，用于接收路径生成模块发送的源点、邻接点以及源点的分数，然后分析移动机器设备从源点到达邻接点的可行性，并返回可行性信息；
路径执行模块，搭载于移动机器设备上，用于接收路径生成模块发送的路径，然后将路径上的每个线段传送给锁模块以申请该线段终点的锁，如果能够申请得线段终点的锁，则执行该线段；
锁模块，用于接收移动机器设备信息、线段信息和加锁或解锁请求，以进行上锁或解锁处理。
进一步的，在路径生成模块中，接收待规划路径的移动机器设备的起点和终点；然后记起点的分数为0，并将起点放入一个以分数排序的优先级队列中，将起点作为源点，并执行以下步骤：
S11、将源点和其所有邻接点传送到路径生成插件，根据路径生成插件返回的移动机器设备从源点到所有邻接点的可行性信息，包括邻接点、可行路径及路径的分数，然后将邻接点插入优先级队列，并同时记录该邻接点的可行路径，供回溯路径使用；
S12、取出优先级队列中分数最小的点作为源点；若源点为终点，则回溯以获得路径，然后执行步骤S13；若优先级队列中无点，则无路径；否则重复执行步骤S11-S12；
S13、将回溯得到的路径输入锁顺序规划模块进行交通规划；若锁顺序规划模块反馈路径有效，则将该路径发送给路径执行模块执行；否则取出优先级队列中分数最小的点作为源点，重复执行步骤S11-S12。
进一步的，在路径执行模块中，如果上锁失败，则经过预置的一段时间后重新申请上锁；若上锁成功，则指令移动移动机器设备从线段起点移动到线段终点，然后向锁模块发送移动机器设备信息、线段信息和解锁信息，以解锁线段的起点。
进一步的，在锁模块中，移动机器设备A上锁第1个待锁点R的方法如下：
S31、判断移动机器设备A与其他移动机器设备的干涉情况，如果存在干涉，则上锁失败；否则进入步骤S32；
S32、如果任何一个其他移动机器设备B的当前已上锁点中，若包含R，或包含不允许和R分别被不同的车上锁的点，则结束并返回上锁失败信息；否则表示移动机器设备A的第一个待锁点与其他移动机器设备的路线不冲突，进入步骤S33；
S33、在移动机器设备A的已上锁点列表L(A)中增加待锁点R，对所有其他的移动机器设备B，删除锁顺序矩阵T(A,B)第一列元素，删除锁顺序矩阵T(B,A)第一行元素。
进一步的，所述步骤S31包括：如果移动机器设备A和其他任何一个移动机器设备B的锁顺序矩阵T(A,B)中，T(A,B)1,0为0，则表明若移动机器设备A获取了下一个点的锁后，移动机器设备A会和移动机器设备B发生干涉，则结束并返回上锁失败信息；否则T(A,B)1,0全部为1，表明移动机器设备A与其他所有移动机器设备不会发生干涉。
进一步的，锁顺序矩阵T(A，B)表示两个机器设备之间的上锁顺序，其中A表示一台移动机器设备，B表示另一台移动机器设备；锁顺序矩阵T中从第0行第0列开始，元素Ta,b值表示是否存在一种上锁顺序使得移动机器设备A上锁至第a个待锁点，且移动机器设备B上锁至第b个待锁点，其值有3种，分别为不能到达，能够暂时到达和能够到达；锁顺序矩阵的行对应移动机器设备B的待上锁点，列表示移动机器设备A的待上锁点。
进一步的，在所述步骤S32中进入步骤S33之前，使用有限深度的推理，推理移动机器设备A上锁第k个待锁点，步骤包括：
(1)对于非A的移动机器设备队列，取出第一个移动机器设备B，判断“锁顺序矩阵”T(A,B)中，T(A,B)k,C[B]元素是否为1；若为1，且非A的移动机器设备队列非空，则重复执行步骤(1)，若为1且移动机器设备队列为空，则进入步骤(3)；若值不为1，表示移动机器设备A和B有干涉，则执行步骤(2)；
(2)若二阶阻拦列表S里已经存在A，则推理失败；否则执行如下步骤：
i.将A记入列表S；
ii.推理移动机器设备B上锁第C[B]+1个待锁点；
iii.若移动机器设备B推理上锁第C[B]+1个待锁点成功，则将A移除列表S，并执行步骤(1)；若推理不成功，则上锁失败，结束整个移动机器设备A上锁第1个待锁点R的计算；
(3)设置C[A]＝k，并返回移动机器设备A推理上锁第k个待锁点成功。
进一步的，二阶阻拦列表S为移动机器设备名单，初始为空，所有处于该名单的移动机器设备具有该如下特性：移动机器设备X应上锁至第Q个待锁点，但待锁点Q当前已经被其他车锁定，因而移动机器设备X当前无法上锁至第Q个待锁点。
进一步的，C为移动机器设备A的坐标列表，长度为移动机器设备数量，表的每个元素的值表示当前各移动机器设备分别应该上锁至的待锁点，初始值均为0。
进一步的，锁顺序规划模块，用于接收移动机器设备及其路径，然后计算该移动机器设备与其他移动移动机器设备两两间的上锁顺序矩阵，判断移动机器设备的路径是否有效。
进一步的，在锁顺序规划模块中，计算两移动机器设备间锁顺序矩阵的方法如下：
S41、对移动机器设备A和另一台移动机器设备B作处理：移动机器设备A的待锁点序列长M，移动机器设备B的待锁点序列长N，则创建一个大小为M乘N的锁顺序矩阵T；
S42、计算锁顺序矩阵T的值，步骤如下：
S421、矩阵左上角设为2，即T0,0＝2；
S422、从矩阵左上角开始，逐行逐列地计算元素值Tm,n，其中，m为行数，n为列数；
a)若移动机器设备A在第m条线段的终点时，移动机器设备B不可在第n条线段的终点，或移动机器设备B在第n条线段的终点时，移动机器设备A不可在第m条线段的终点，则Tm,n＝0；
b)否则：
i.若Tm-1,n＝0且Tm,n-1＝0，则Tm,n＝0；
ii.否则Tm,n＝2；
S423、检查TM,N，若TM,N等于2，则继续进行步骤S424，否则路径无效，退出计算并返回路径无效信息；
S424、标记TM,N＝1，然后使用广度优先搜索方法，对所有右方或下方元素为1、且自身为2的元素，将其值改为1。
进一步的，所述步骤S424包括：
1.记矩阵上的坐标队列Q，初始包含(M,N)；
2.从队列Q中取一个坐标值(x,y)；
3.检查若Tx-1,y＝2，则设置Tx-1,y＝1，并将(x-1,y)放入Q中；
4.检查若Tx,y-1＝2，则设置Tx,y-1＝1，并将(x,y-1)放入Q中；
5.若Q不为空，则重复步骤2。
进一步的，判断移动机器设备的路径是否有效的方法如下：
若移动机器设备A对于所有其他移动机器设备B的锁顺序矩阵T(A,B)的右下角均为1，则路径有效；否则路径无效。
根据本发明的另一方面，提出一种移动机器设备的路径规划和管理的方法，包括：
S10、记起点的分数为0，将起点放入一个以分数排序的优先级队列中，将起点作为源点：
S11、判断源点和其所有邻接点的可行性信息，包括邻接点、可行路径及路径的分数，然后将可行的邻接点插入优先级队列，并同时记录该邻接点的可行路径，供回溯路径使用；
S12、取出优先级队列中分数最小的点作为源点；若源点为终点，则回溯以获得路径，然后执行步骤S13；若优先级队列中无点，则无路径；否则重复执行步骤S11-S12；
S13、判断回溯得到的路径是否有效；如果有效则将所述回溯得到的路径发送给移动机器设备执行；否则取出优先级队列中分数最小的点作为源点，重复执行步骤S11-S12。
进一步的，所述步骤S13中，判断回溯得到的路径是否有效的方法包括：
(1)计算两移动机器设备间锁顺序矩阵；
(2)若移动机器设备A对于所有其他移动机器设备B的锁顺序矩阵T(A,B)的右下角均为1，则路径有效；否则路径无效。
进一步的，计算两移动机器设备间锁顺序矩阵的步骤包括：
S41、对移动机器设备A和另一台移动机器设备B作处理：移动机器设备A的待锁点序列长M，移动机器设备B的待锁点序列长N，则创建一个大小为M乘N的锁顺序矩阵T；
S42、计算锁顺序矩阵T的值，步骤如下：
S421、矩阵左上角设为2，即T0,0＝2；
S422、从矩阵左上角开始，逐行逐列地计算元素值Tm,n，其中，m为行数，n为列数；
a)若移动机器设备A在第m条线段的终点时，移动机器设备B不可在第n条线段的终点，或移动机器设备B在第n条线段的终点时，移动机器设备A不可在第m条线段的终点，则Tm,n＝0；
b)否则：
iii.若Tm-1,n＝0且Tm,n-1＝0，则Tm,n＝0；
iv.否则Tm,n＝2；
S423、检查TM,N，若TM,N等于2，则继续进行步骤S424，否则路径无效，退出计算并返回路径无效信息；
S424、标记TM,N＝1，然后使用广度优先搜索方法，对所有右方或下方元素为1、且自身为2的元素，将其值改为1。
进一步的，所述步骤S424包括：
1.记矩阵上的坐标队列Q，初始包含(M,N)；
2.从队列Q中取一个坐标值(x,y)；
3.检查若Tx-1,y＝2，则设置Tx-1,y＝1，并将(x-1,y)放入Q中；
4.检查若Tx,y-1＝2，则设置Tx,y-1＝1，并将(x,y-1)放入Q中；
5.若Q不为空，则重复步骤2。
进一步的，所述执行包括：
为路径上的每个线段的终点申请锁，若上锁申请成功，则指令移动移动机器设备从线段起点移动到线段终点，然后解锁线段的起点。
本发明提供的移动移动机器设备的路径规划和管理系统和方法，具有如下有益效果：
1.交管交互简单，仅包括2种必须的通信，即上锁和解锁过程。
2.对于易发生物理干涉的位置，只需为工作区域设定哪些点相互干涉，即可全自动地计算各个移动机器设备的放行时机，无需人工指定锁闭区域或指定放行规则，大幅降低了移动机器设备系统的部署成本。
3.完全避免了阻塞的发生。本系统的交通指挥能够全自动地规避等待链产生，避免了移动机器设备系统死锁故障，降低了使用成本。
4.对于已规划的路径，无需因为拥堵或阻塞的原因而重新规划路径，能够保证工艺流程完整性、提高整系统的健壮性。
5.对于易堵塞路径无需人为设置交通管控规则，系统能够自动处理放行时机而保证不会堵塞。无需人工指定闭锁区域或指定放行规则。大幅降低了移动机器设备系统的部署成本。
附图说明
为了更清楚地说明本公开的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简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的路径规划和管理的系统的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的路径生成的流程示意图；
图3为本发明一个实施例的移动机器设备上锁第1个待锁点的方法的流程示意图；
图4为本发明一个实施例的推理上锁第k个待锁点的流程示意图；
图5为本发明一个实施例的锁顺序矩阵的示意图；
图6为本发明一个实施例的路径规划和管理的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本方案总体原理为：移动机器设备行走的具体路线由本系统统一规划，并在规划时预先对移动机器设备执行路径的所有可能的状态进行推理计算，并标记出无干涉的状态。在机器设备实际执行路径时，根据预先的推理结果指令机器设备放行或者停车等待。本方案首先使用了两两移动机器设备间预先计算并通过矩阵表达所有合理的上锁顺序来解决两台车间的交通管理问题，然后在每台移动机器设备上锁前进行有限深度的上锁推理演算来确保多车间不会发生死锁，从而得到本移动移动机器设备的交通规划和放行管理方法。
根据本发明的一方面，提出一种路径规划和管理的系统，如图1所示，包括路径生成模块、路径生成插件、锁模块、锁顺序模块、路径执行模块。其中，路径执行模块放置于移动机器设备，其他模块可以放置在服务器中。下面对这些模块进行具体说明。
路径生成模块，用于接收移动机器设备从起点到终点的请求，依照路径生成插件，根据当前移动机器设备集群的运行情况规划出路径。
在路径生成模块中，接收待规划路径的移动机器设备的起点和终点；然后记起点的分数为0，并将起点放入一个以分数排序的优先级队列中，将起点作为源点，执行以下步骤(如图2所示)：
S11、将源点和其所有邻接点(即和源点直接通过一条线段连通的点，需要经过多条线段到达的不是邻接点)传送到路径生成插件，根据路径生成插件返回的移动机器设备从源点到所有邻接点的可行性信息，包括邻接点、可行路径及路径的分数，然后将邻接点插入优先级队列，并同时记录该邻接点的可行路径，供回溯路径使用。
S12、取出优先级队列中分数最小的点作为源点。若源点为终点，则回溯以获得路径，然后执行步骤S13；若优先级队列中无点，则无路径；否则重复执行步骤S11-S12。
S13、将回溯得到的路径输入锁顺序规划模块进行交通规划。若锁顺序规划模块反馈路径有效，则将该路径发送给路径执行模块执行；否则取出优先级队列中分数最小的点作为源点，重复执行步骤S11-S12。
路径生成插件，用于接收路径生成模块发送的源点、邻接点以及源点的分数，然后分析移动机器设备从源点到达邻接点的可行性、并在可行的情况下给出邻接点的分数，并返回可行性信息，包括可行路径和邻接点的分数。可行性可以根据路径长度最短等现有方法进行判断，并获得可行的最优路径，比如，小车若在源点，前往和源点直接相连的邻接点的各种路径，然后找到路径最短的。分数的计算方法为：源点的分数加上源点到邻接点的距离，所有线段的距离都是事先已知的。对于不可掉头的移动机器设备，比如AGV叉车，首先通过源点回溯一条线段，若源点到当前邻接点的路线就是该回溯的路线，则不可行走；否则可以行走。
路径执行模块，搭载于移动机器设备上，用于接收路径生成模块发送的路径，然后将路径上的每个线段传送给锁模块以申请该线段终点的锁，如果能够申请得到该线段终点的锁，则执行该线段。当线段执行完毕后，路径执行模块向锁模块发送解锁消息，锁模块接收到解锁消息后释放该线段起点的锁。具体的方法为依次对路径上的线段执行以下步骤：
S21、向锁模块发送移动机器设备信息、线段信息和上锁信息，以为线段终点上锁。
S22、接收锁模块返回的信息，如果上锁失败，则经过预置的一段时间(如500毫秒后)后重新执行步骤S21；若上锁成功，则指令移动移动机器设备从线段起点移动到线段终点，然后向锁模块发送移动机器设备信息、线段信息和解锁信息，以解锁线段的起点。
锁模块：用于接收移动机器设备信息、线段信息和加锁或解锁请求，并进行处理。由于移动机器设备的路径是由路径生成模块预先生成，中间不会发生变更，因此可以将移动机器设备路径上所有线段终点组成一个序列，称为待锁点序列。如移动机器设备的第n个待锁点表示该移动机器设备所执行的路径中剩余路线上第n个线段的终点。
锁模块会使用锁顺序矩阵T(A，B)，其中A表示一台移动机器设备，B表示另一台移动机器设备，锁顺序矩阵表示两个机器设备之间的上锁顺序。锁顺序矩阵T是状态缓存矩阵，元素Ta,b(意为矩阵T中第a行第b列的元素，从第0行第0列开始)的值表示是否存在一种上锁顺序使得移动机器设备A上锁至第a个待锁点，且移动机器设备B上锁至第b个待锁点。锁顺序矩阵的行对应移动机器设备B的待上锁点，列表示移动机器设备A的待上锁点。
锁模块还对每个移动机器设备X维护已上锁点列表L(X)，该列表包含移动机器设备X的已上锁点，表示该移动机器设备独占了该点，其他移动机器设备不能上锁该点，即不能前往该点。
锁模块负责计算当前机器设备集群状态下，其接收的移动机器设备是否可以获取当前路径中接下来要行走的下一个线段的终点的锁(若能上锁则移动机器设备可以继续行走到下一个线段的终点，否则机器须在下一个线段起点处停下来等待)。
如图3所示，移动机器设备A上锁第1个待锁点R(即所接收线段的终点)的方法如下：
S31、判断移动机器设备A与其他移动机器设备的干涉情况，如果存在干涉，则上锁失败；否则进入步骤S32。判断干涉的具体方法包括：如果移动机器设备A和其他任何一个移动机器设备B的锁顺序矩阵T(A,B)中，T(A,B)1,0为0，则表明若移动机器设备A获取了下一个点的锁后，移动机器设备A会和移动机器设备B发生干涉(即同时进入到同一个点位或进入到会发生碰撞的两个点位上，导致撞车等干涉情况)，则结束并返回上锁失败信息；否则T(A,B)1,0全部为1，表明移动机器设备A与其他所有移动机器设备不会发生干涉。
S32、如果任何一个其他移动机器设备B的当前已上锁点中，若包含R，或包含不允许和R分别被不同的车上锁的点，则结束并返回上锁失败信息；否则表示移动机器设备A的第一个待锁点与其他移动机器设备的路线不冲突，进入步骤S33。
S33、在移动机器设备A的已上锁点列表L(A)中增加该点，对所有其他的移动机器设备B，删除锁顺序矩阵T(A,B)第一列元素，删除锁顺序矩阵T(B,A)第一行元素。
在一个实施例中，多车运行时可能会出现更复杂的死锁可能情况(如某车A上锁了一个点后，最终会导致ABC互相等待，即死锁)。为了避免虽然移动机器设备两两间没有冲突，但多移动机器设备会造成死锁的情况，本申请使用有限深度的推理，类似于象棋游戏中推算移动某个棋子后的连锁反应。有限深度推理的具体步骤包括：
b)构建二阶阻拦列表S，初始为空。列表S是一个移动机器设备名单。所有处于该名单的移动机器设备X具有该特性：移动机器设备X应上锁至某个(如第Q个)待锁点，但该待锁点当前已经被其他车锁定，因而移动机器设备X当前无法上锁至第Q个待锁点。
c)设定移动机器设备A坐标列表C，长度为移动机器设备数量。该表的每个元素的值表示当前各移动机器设备分别应该上锁至哪个待锁点，初始值均为0。如，C[5]表示5号移动机器设备在当前的推理中，应该上锁到哪个待锁点。
d)推理移动机器设备A上锁第1个待锁点，若推理失败，则上锁失败，结束计算。若推理成功，则继续推理移动机器设备A上锁第2个待锁点。循环该过程直到推理移动机器设备A上锁第K个待锁点。K是一个预定义的参数，为推理深度，即A接下来要上锁的K个点不会有循环等待发生。
上述步骤c)中，使用二阶阻拦列表S和坐标列表C，移动机器设备X推理上锁第k个待锁点，如图4所示，具体步骤如下：
(1)对于非A的移动机器设备队列，取出第一个移动机器设备B，判断“锁顺序矩阵”T(A,B)中，T(A,B)k,C[B]元素是否为1；若为1，且非A的移动机器设备队列非空，则重复执行步骤(1)，若为1且移动机器设备队列为空，则进入步骤(3)；若值不为1，表示移动机器设备A和B有干涉，则执行步骤(2)；
(2)若二阶阻拦列表S里已经存在A，则推理失败；否则执行如下步骤：
i.将A记入列表S。表示移动机器设备A应上锁至第k个待锁点，但该待锁点当前已经被其他车锁定，因而移动机器设备A当前无法上锁至第k个待锁点。
ii.由于当前移动机器设备A和B发生干涉，因此移动机器设备B必须至少上锁至C[B]+1。递归地使用推理步骤，使用二阶阻拦列表S和坐标列表C，移动机器设备B推理上锁第C[B]+1个待锁点；
iii.若移动机器设备B推理上锁第C[B]+1个待锁点成功，则将A移除列表S，并执行步骤(1)；若推理不成功，则上锁失败：即结束整个移动机器设备A上锁第1个待锁点R的计算。
(3)设置C[A]＝k，并返回移动机器设备A推理上锁第k个待锁点成功。
锁模块也可以对某个移动机器设备解锁一个点，这使得其他机器可以前往被A解锁的点。解锁点的方法为：从移动机器设备A的已上锁点L(A)中移除要解锁的点。
锁顺序规划模块，用于接收移动机器设备及其路径，然后计算该移动机器设备与其他移动移动机器设备两两间的上锁顺序，判断移动机器设备的路径是否有效。由于各移动移动机器设备均须按照待锁点序列依次上锁，对于一对移动移动机器设备而言，其上锁顺序可用锁顺序矩阵表达，如图5所示，移动机器设备A的路径为1、2、5、6，移动机器设备B的路径为4、5、2、3，则锁顺序矩阵T(A，B)的行表示B的路径，也就是B的待锁点，列表示A的路径，也就是A的待锁点，矩阵b行、a列对应的值表示是否存在一种上锁顺序使得移动机器设备A上锁至第a个待锁点，且移动机器设备B上锁至第b个待锁点，其值有3种，分别为不能到达，能够暂时到达和能够到达。3种状态可以用任意形式表达，下面仅用0表示不能到达此处、1表示能够到达此处，2表示能够暂时到达此处为例进行说明。例如，第4行第3列，其值为1表示存在锁顺序，使得移动机器设备A能到到达5、移动机器设备B能够到达3的位置。在矩阵中，行和列代表路径，所以其走动是有顺序的，即A从左到右行走，B从上到下行走，那么要想到达第4行第3列，则B可以沿4、5、2、3行走，然后A沿1、2、5行走，对于其他行走方式，由于矩阵中存在0，也就是不能到达，所以其他走法都不可行。再比如，当A锁了5、B锁了4时，即状态位于矩阵的(0,2)位置，则A继续锁6不与B冲突，因为矩阵(0,3)的值为1。但B不可以锁5，因为矩阵中(1,2)位置非1，即与A发生了冲突。
在锁顺序规划模块中，接受一个移动机器设备A的待锁点序列(即路径)，然后和所有其他移动机器设备的路径进行对比计算，计算出该移动机器设备和其他移动机器设备两两间的锁顺序矩阵，并进一步判断该路径是否有效。计算两移动机器设备间锁顺序矩阵的方法如下：
S41、对移动机器设备A和另一台移动机器设备B作处理：移动机器设备A的待锁点序列长M，移动机器设备B的待锁点序列长N，则创建一个大小为M乘N的锁顺序矩阵T。
S42、计算“锁顺序”矩阵T的值，其步骤如下：
S421、矩阵左上角设为2，即T0,0＝2。
S422、从矩阵左上角开始，逐行逐列地计算元素值Tm,n，其中，m为行数，n为列数；
a)若移动机器设备A在第m条线段的终点(即第m待锁点)时，移动机器设备B不可在第n条线段的终点(即第n待锁点)；或移动机器设备B在第n条线段的终点时，移动机器设备A不可在第m条线段的终点，则Tm,n＝0。本条件一方面可以由人工预定义，另一方面就是第m条线段的终点与第n条线段的终点重合；
b)否则：
v.若Tm-1,n＝0且Tm,n-1＝0，则Tm,n＝0；
vi.否则Tm,n＝2
S423、检查TM,N，若TM,N等于2，则继续进行步骤S424，否则路径无效，退出计算并返回路径无效信息。
S424、标记TM,N＝1，然后使用广度优先搜索方法，对所有右方或下方元素为1、且自身为2的元素，将其值改为1。步骤如下：
1.记一个矩阵上的坐标队列Q，初始包含(M,N)
2.从队列Q中取一个坐标值(x,y)
3.检查若Tx-1,y＝2，则设置Tx-1,y＝1，并将(x-1,y)放入Q中
4.检查若Tx,y-1＝2，则设置Tx,y-1＝1，并将(x,y-1)放入Q中
5.若Q不为空，则重复步骤2。
经过上述步骤，得到两个移动机器设备之间的锁顺序矩阵。然后，判断移动机器设备的路径是否有效，其方法如下：
若该移动机器设备A对于所有其他移动机器设备Y的锁顺序矩阵T(A,Y)的右下角均为1，则路径有效；否则路径无效。
根据本发明的另一方面，提出一种移动机器设备的路径规划和管理的方法，如图6所示，接收移动机器设备从起点到终点的请求，规划当前移动机器设备集群中所述移动机器设备的路径；移动机器设备接收所述路径，然后依次为路径上的每个线段的终点申请锁，如果能够申请得到线段终点的锁，则执行该线段。具体来说包括：
S10、记起点的分数为0，将起点放入一个以分数排序的优先级队列中，将起点作为源点：
S11、判断源点和其所有邻接点的可行性信息，包括邻接点、可行路径及路径的分数，然后将可行的邻接点插入优先级队列，并同时记录该邻接点的可行路径，供回溯路径使用；
S12、取出优先级队列中分数最小的点作为源点；若源点为终点，则回溯以获得路径，然后执行步骤S13；若优先级队列中无点，则无路径；否则重复执行步骤S11-S12；
S13、判断回溯得到的路径是否有效；若路径有效，则将该路径发送移动机器设备执行；否则取出优先级队列中分数最小的点作为源点，重复执行步骤S11-S12。
在步骤S13中，判断路径是否有效的方法为：
(1)计算两移动机器设备间锁顺序矩阵；具体包括：
S41、对移动机器设备A和另一台移动机器设备B作处理：移动机器设备A的待锁点序列长M，移动机器设备B的待锁点序列长N，则创建一个大小为M乘N的锁顺序矩阵T；
S42、计算锁顺序矩阵T的值，步骤如下：
S421、矩阵左上角设为2，即T0,0＝2；
S422、从矩阵左上角开始，逐行逐列地计算元素值Tm,n，其中，m为行数，n为列数；
a)若移动机器设备A在第m条线段的终点时，移动机器设备B不可在第n条线段的终点，或移动机器设备B在第n条线段的终点时，移动机器设备A不可在第m条线段的终点，则Tm,n＝0；
b)否则：
vii.若Tm-1,n＝0且Tm,n-1＝0，则Tm,n＝0；
viii.否则Tm,n＝2；
S423、检查TM,N，若TM,N等于2，则继续进行步骤S424，否则路径无效，退出计算并返回路径无效信息；
S424、标记TM,N＝1，然后使用广度优先搜索方法，对所有右方或下方元素为1、且自身为2的元素，将其值改为1。
(2)若移动机器设备A对于所有其他移动机器设备B的锁顺序矩阵T(A,B)的右下角均为1，则路径有效；否则路径无效。
在一个实施例中，步骤S424包括：
1.记矩阵上的坐标队列Q，初始包含(M,N)；
2.从队列Q中取一个坐标值(x,y)；
3.检查若Tx-1,y＝2，则设置Tx-1,y＝1，并将(x-1,y)放入Q中；
4.检查若Tx,y-1＝2，则设置Tx,y-1＝1，并将(x,y-1)放入Q中；
5.若Q不为空，则重复步骤2。
在步骤S13中，将路径发送到移动机器设备执行包括：为路径上的每个线段的终点申请锁，若上锁申请成功，则指令移动移动机器设备从线段起点移动到线段终点，然后解锁线段的起点。其中，申请锁的方法包括：
S30、接收移动机器设备A、线段，线段的终点作为第1个待锁点R；
S31、判断移动机器设备A与其他移动机器设备的干涉情况；如果存在干涉，则上锁失败；否则进入步骤S32；
S32、如果任何一个其他移动机器设备B的当前已上锁点中，若包含R，或包含不允许和R分别被不同的车上锁的点，则结束并返回上锁失败信息；否则表示移动机器设备A的第一个待锁点与其他移动机器设备的路线不冲突，进入步骤S33；
S33、在移动机器设备A的已上锁点列表L(A)中增加待锁点R，对所有其他的移动机器设备B，删除锁顺序矩阵T(A,B)第一列元素，删除锁顺序矩阵T(B,A)第一行元素。
在一个实施例中，在进入步骤S33之前，使用有限深度的推理，推理移动机器设备A上锁第k个待锁点，步骤包括：
(1)对于非A的移动机器设备队列，取出第一移动机器设备B，判断“锁顺序矩阵”T(A,B)中，T(A,B)k,C[B]元素是否为1；若为1，且非A的移动机器设备队列非空，则重复执行步骤(1)，若为1且移动机器设备队列为空，则进入步骤(3)；若值不为1，表示移动机器设备A和B有干涉，则执行步骤(2)；
(2)若二阶阻拦列表S里已经存在A，则推理失败；否则执行如下步骤：
iv.将A记入列表S；
v.推理移动机器设备B上锁第C[B]+1个待锁点，C为移动机器设备A的坐标列表，表的每个元素的值表示当前各移动机器设备分别应该上锁至的待锁点；
vi.若移动机器设备B推理上锁第C[B]+1个待锁点成功，则将A移除列表S，并执行步骤(1)；若推理不成功，则上锁失败，结束整个移动机器设备A上锁第1个待锁点R的计算。
(3)设置C[A]＝k，并返回移动机器设备A推理上锁第k个待锁点成功。
锁顺序矩阵、坐标列表等、方法中的未详尽描述的内容都在系统中有描述，不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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权利要求所限定的范围。

Claims (18)

1.一种移动机器设备的路径规划和管理的系统，其特征在于，所述系统包括路径生成模块、路径生成插件、路径执行模块和锁模块；其中，
路径生成模块，用于接收移动机器设备从起点到终点的请求，依照路径生成插件返回的可行性信息，规划当前移动机器设备集群中所述移动机器设备的路径；
路径生成插件，用于接收路径生成模块发送的源点、邻接点以及源点的分数，然后分析移动机器设备从源点到达邻接点的可行性，并返回可行性信息；
路径执行模块，搭载于移动机器设备上，用于接收路径生成模块发送的路径，然后将路径上的每个线段传送给锁模块以申请该线段终点的锁，如果能够申请得线段终点的锁，则执行该线段；
锁模块，用于接收移动机器设备信息、线段信息和加锁或解锁请求，以进行上锁或解锁处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在路径生成模块中，接收待规划路径的移动机器设备的起点和终点；然后记起点的分数为0，并将起点放入一个以分数排序的优先级队列中，将起点作为源点，并执行以下步骤：
S11、将源点和其所有邻接点传送到路径生成插件，根据路径生成插件返回的移动机器设备从源点到所有邻接点的可行性信息，包括邻接点、可行路径及路径的分数，然后将邻接点插入优先级队列，并同时记录该邻接点的可行路径，供回溯路径使用；
S12、取出优先级队列中分数最小的点作为源点；若源点为终点，则回溯以获得路径，然后执行步骤S13；若优先级队列中无点，则无路径；否则重复执行步骤S11-S12；
S13、将回溯得到的路径输入锁顺序规划模块进行交通规划；若锁顺序规划模块反馈路径有效，则将该路径发送给路径执行模块执行；否则取出优先级队列中分数最小的点作为源点，重复执行步骤S11-S12。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在路径执行模块中，如果上锁失败，则经过预置的一段时间后重新申请上锁；若上锁成功，则指令移动移动机器设备从线段起点移动到线段终点，然后向锁模块发送移动机器设备信息、线段信息和解锁信息，以解锁线段的起点。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在锁模块中，移动机器设备A上锁第1个待锁点R的方法如下：
S31、判断移动机器设备A与其他移动机器设备的干涉情况，如果存在干涉，则上锁失败；否则进入步骤S32；
S32、如果任何一个其他移动机器设备B的当前已上锁点中，若包含R，或包含不允许和R分别被不同的车上锁的点，则结束并返回上锁失败信息；否则表示移动机器设备A的第一个待锁点与其他移动机器设备的路线不冲突，进入步骤S33；
S33、在移动机器设备A的已上锁点列表L(A)中增加待锁点R，对所有其他的移动机器设备B，删除锁顺序矩阵T(A,B)第一列元素，删除锁顺序矩阵T(B,A)第一行元素。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述步骤S31包括：如果移动机器设备A和其他任何一个移动机器设备B的锁顺序矩阵T(A,B)中，T(A,B)1,0为0，则表明若移动机器设备A获取了下一个点的锁后，移动机器设备A会和移动机器设备B发生干涉，则结束并返回上锁失败信息；否则T(A,B)1,0全部为1，表明移动机器设备A与其他所有移动机器设备不会发生干涉。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，锁顺序矩阵T(A，B)表示两个机器设备之间的上锁顺序，其中A表示一台移动机器设备，B表示另一台移动机器设备；锁顺序矩阵T中从第0行第0列开始，元素Ta,b值表示是否存在一种上锁顺序使得移动机器设备A上锁至第a个待锁点，且移动机器设备B上锁至第b个待锁点，其值有3种，分别为不能到达，能够暂时到达和能够到达；锁顺序矩阵的行对应移动机器设备B的待上锁点，列表示移动机器设备A的待上锁点。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述步骤S32中进入步骤S33之前，使用有限深度的推理，推理移动机器设备A上锁第k个待锁点，步骤包括：
(1)对于非A的移动机器设备队列，取出第一个移动机器设备B，判断“锁顺序矩阵”T(A,B)中，T(A,B)k,C[B]元素是否为1；若为1，且非A的移动机器设备队列非空，则重复执行步骤(1)，若为1且移动机器设备队列为空，则进入步骤(3)；若值不为1，表示移动机器设备A和B有干涉，则执行步骤(2)；
(2)若二阶阻拦列表S里已经存在A，则推理失败；否则执行如下步骤：
i.将A记入列表S；
ii.推理移动机器设备B上锁第C[B]+1个待锁点；
iii.若移动机器设备B推理上锁第C[B]+1个待锁点成功，则将A移除列表S，并执行步骤(1)；若推理不成功，则上锁失败，结束整个移动机器设备A上锁第1个待锁点R的计算；
(3)设置C[A]＝k，并返回移动机器设备A推理上锁第k个待锁点成功。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，二阶阻拦列表S为移动机器设备名单，初始为空，所有处于该名单的移动机器设备具有该如下特性：移动机器设备X应上锁至第Q个待锁点，但待锁点Q当前已经被其他车锁定，因而移动机器设备X当前无法上锁至第Q个待锁点。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，C为移动机器设备A的坐标列表，长度为移动机器设备数量，表的每个元素的值表示当前各移动机器设备分别应该上锁至的待锁点，初始值均为0。
10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，锁顺序规划模块，用于接收移动机器设备及其路径，然后计算该移动机器设备与其他移动移动机器设备两两间的上锁顺序矩阵，判断移动机器设备的路径是否有效。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，在锁顺序规划模块中，计算两移动机器设备间锁顺序矩阵的方法如下：
S41、对移动机器设备A和另一台移动机器设备B作处理：移动机器设备A的待锁点序列长M，移动机器设备B的待锁点序列长N，则创建一个大小为M乘N的锁顺序矩阵T；
S42、计算锁顺序矩阵T的值，步骤如下：
S421、矩阵左上角设为2，即T0,0＝2；
S422、从矩阵左上角开始，逐行逐列地计算元素值Tm,n，其中，m为行数，n为列数；
a)若移动机器设备A在第m条线段的终点时，移动机器设备B不可在第n条线段的终点，或移动机器设备B在第n条线段的终点时，移动机器设备A不可在第m条线段的终点，则Tm,n＝0；
b)否则：
i.若Tm-1,n＝0且Tm,n-1＝0，则Tm,n＝0；
ii.否则Tm,n＝2；
S423、检查TM,N，若TM,N等于2，则继续进行步骤S424，否则路径无效，退出计算并返回路径无效信息；
S424、标记TM,N＝1，然后使用广度优先搜索方法，对所有右方或下方元素为1、且自身为2的元素，将其值改为1。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述步骤S424包括：
1.记矩阵上的坐标队列Q，初始包含(M,N)；
2.从队列Q中取一个坐标值(x,y)；
3.检查若Tx-1,y＝2，则设置Tx-1,y＝1，并将(x-1,y)放入Q中；
4.检查若Tx,y-1＝2，则设置Tx,y-1＝1，并将(x,y-1)放入Q中；
5.若Q不为空，则重复步骤2。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，判断移动机器设备的路径是否有效的方法如下：
若移动机器设备A对于所有其他移动机器设备B的锁顺序矩阵T(A,B)的右下角均为1，则路径有效；否则路径无效。
14.一种移动机器设备的路径规划和管理的方法，其特征在于，所述方法包括：
S10、记起点的分数为0，将起点放入一个以分数排序的优先级队列中，将起点作为源点：
S11、判断源点和其所有邻接点的可行性信息，包括邻接点、可行路径及路径的分数，然后将可行的邻接点插入优先级队列，并同时记录该邻接点的可行路径，供回溯路径使用；
S12、取出优先级队列中分数最小的点作为源点；若源点为终点，则回溯以获得路径，然后执行步骤S13；若优先级队列中无点，则无路径；否则重复执行步骤S11-S12；
S13、判断回溯得到的路径是否有效；如果有效则将所述回溯得到的路径发送给移动机器设备执行；否则取出优先级队列中分数最小的点作为源点，重复执行步骤S11-S12。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤S13中，判断回溯得到的路径是否有效的方法包括：
(1)计算两移动机器设备间锁顺序矩阵；
(2)若移动机器设备A对于所有其他移动机器设备B的锁顺序矩阵T(A,B)的右下角均为1，则路径有效；否则路径无效。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，计算两移动机器设备间锁顺序矩阵的步骤包括：
S41、对移动机器设备A和另一台移动机器设备B作处理：移动机器设备A的待锁点序列长M，移动机器设备B的待锁点序列长N，则创建一个大小为M乘N的锁顺序矩阵T；
S42、计算锁顺序矩阵T的值，步骤如下：
S421、矩阵左上角设为2，即T0,0＝2；
S422、从矩阵左上角开始，逐行逐列地计算元素值Tm,n，其中，m为行数，n为列数；
a)若移动机器设备A在第m条线段的终点时，移动机器设备B不可在第n条线段的终点，或移动机器设备B在第n条线段的终点时，移动机器设备A不可在第m条线段的终点，则Tm,n＝0；
b)否则：
iii.若Tm-1,n＝0且Tm,n-1＝0，则Tm,n＝0；
iv.否则Tm,n＝2；
S423、检查TM,N，若TM,N等于2，则继续进行步骤S424，否则路径无效，退出计算并返回路径无效信息；
S424、标记TM,N＝1，然后使用广度优先搜索方法，对所有右方或下方元素为1、且自身为2的元素，将其值改为1。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述步骤S424包括：
1.记矩阵上的坐标队列Q，初始包含(M,N)；
2.从队列Q中取一个坐标值(x,y)；
3.检查若Tx-1,y＝2，则设置Tx-1,y＝1，并将(x-1,y)放入Q中；
4.检查若Tx,y-1＝2，则设置Tx,y-1＝1，并将(x,y-1)放入Q中；
5.若Q不为空，则重复步骤2。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述执行包括：
为路径上的每个线段的终点申请锁，若上锁申请成功，则指令移动移动机器设备从线段起点移动到线段终点，然后解锁线段的起点。
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