CN114077254B - 一种agv路径冲突处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AGV路径冲突处理方法，包括1、当同一场景中存在多台AGV小车时，通过路径冲突处理方法，保障各个AGV小车顺利完成任务；2、AGV扫描运输网格中的所有站点在调度站中生成地图文件，由任务的起点和终点进行路径规划，在路径规划时，避免出现无法解决的“死锁”问题；3、路径规划完成后，根据任务类型确定任务优先级，再将任务路径下发到AGV；4、AGV根据任务路径移动时需要调度系统下发站点授权，调度系统以每次一个站点的形式，实时下发AGV所需要的后一个站点的授权，并且在地图文件中给该站点上锁。本发明能避免多台AGV小车在同一场景下发生路径冲突，从而能在AGV互相避让的同时提高任务执行效率。

Description

一种AGV路径冲突处理方法
技术领域
本发明涉及路径冲突处理领域，具体的说是在同一场景下有多台自动引导车的路径冲突处理方法。
背景技术
自动引导车(AGV)是指安装有自动引导系统、可沿着引导线或通过视觉导航等方式运动、具有搬运货物等功能、无人驾驶的运输小车。近年来，AGV在汽车工业和港口运输等领域实现跨越式发展，尤其是在电商物流行业给人们带来了方便与快捷。由多个AGV组成的多AGV系统可以轻松地在路径足够丰富的地图上进行无冲突路径运动，然而在大多数制造车间，收到空间和场地的影响，实际路径不能像快递业那样自由铺设，因此车间环境对多AGV系统路径规划时一个挑战。
传统的AGV路径冲突处理方法是区域控制。其核心思想工作是在路线铺设完毕后，根据小车预定任务路线确定冲突区域，之后再冲突区域两端放置避障传感器或具有特定意义的地标，在这些封闭路段上检测进入的车辆，并设置一个占据标志位，供其后将要进入的车辆作为判断依据。只要有一辆小车进入冲突区域，占据标志位即生效，其他所有小车均需要在区域外等候。
采用这种路径冲突处理方法，会造成大量小车同时等待，是小车运行效率大大降低。
发明内容
本发明针对现有技术的不足之处，提出了一种AGV路径冲突处理方法，以期能避免多台AGV小车在同一场景下发生路径冲突，从而达到在AGV互相避让的同时提高任务执行效率的目的。
为解决技术问题本发明采用如下技术方案：
本发明一种AGV路径冲突处理方法的特点是应用于由各个站点所组成的运输网格中，在所述运输网格中存在n辆AGV小车和一个调度站，在所述运输网格中，第i辆AGV小车的运行速度记为Vi，且小车匀速运动，第m个站点与第m+1个站点之间的距离为Sm，并按以下步骤避免各个AGV小车的路径冲突：
步骤1：由任意一辆AGV小车上的相机扫描所有站点上的二维码，并生成包含站点位置信息和站点类型的地图文件发给所述调度站，所述调度站通过网络将所述地图文件共享至其他AGV小车；所有AGV小车根据所述地图文件将自身位置信息发送给所述调度站；所述站点类型包括：充电站点、货架站点、路径站点；
步骤2：所述调度站产生第j个任务，并根据第j个任务的任务起点和任务终点的站点类型确定任务类型，包括：充电任务、取货任务和移动任务；且设置任务的优先级为充电任务>取货任务>移动任务；
步骤3、所述调度站根据第j个任务的任务起点，从空闲的AGV小车中选择与所述任务起点距离最近的第i辆AGV小车，判断第i辆AGV小车是否在第j个任务的任务起点，若是，则利用A*算法生成由第j个任务的任务起点到任务终点的第j个任务路径；否则，利用A*算法生成由AGV小车的前位置到第j个任务的任务起点的第一条任务路径以及第j个任务的任务起点到任务终点的第二条任务路径并进行拼接，从而生成第j个任务路径；
步骤4：所述调度站判断当前第i辆AGV小车的第j个任务路径中包含的每个站点是否与其他执行运输任务的AGV小车的任务路径中的剩余站点存在“死锁”情况，若存在，则执行步骤5；否则，执行步骤7；
步骤5：所述调度系统判断存在“死锁”情况的站点是否有能替换的邻居站点，若有，则将所述第i辆AGV小车的第j个任务路径中存在“死锁”情况的站点用其邻居站点替换，从而生成新的第j个任务路径后返回步骤4，否则，表示没有能替换的邻居站点，且无法生成新的第j个任务路径，则执行步骤6；
步骤6：所述调度站将所述第i辆AGV小车加入等待死锁列表，直到与其产生“死锁”类型冲突的AGV小车走过与其存在“死锁”情况的站点后，执行步骤4；
步骤7：所述调度站将第j个任务的任务路径、任务类型以及任务生成时间发送给当前第i辆AGV小车；
步骤8：将当前第i辆AGV小车所在的位置在第j个任务路径中的序号记为n，并初始化n＝1；
步骤9：所述调度站判断第i辆AGV小车所在的第j个任务路径中第n+1号站点是否空闲，若是，则执行步骤12、否则，所述调度站计算出第n+1号站点的占用时间，并执行步骤10；
步骤10：所述调度站判断在所述占用时间中是否有还有其他小车申请第n+1号站点，若有，则将申请第n+1号站点的所有AGV小车加入授权等待列表，并按照任务类型的优先级进行降序排序，对同一任务类型的AGV小车则按照任务生成时间进行降序排序，得到当前第i辆小车在授权等待列表中的序号k；
步骤11：若k＝1，则执行步骤12，否则，第i辆AGV小车等待，直到所述等待列表中序号为k-1号的AGV小车解锁第n+1号站点后，执行步骤9；
步骤12：所述调度站将第n+1个站点标记为第i辆AGV小车占用，并将第n+1个站点的位置信息发送给第i辆AGV小车，第i辆AGV小车从第n个站点开始向第n+1个站点移动，从而完成第n+1个站点的授权下发；
步骤13：所述调度站计算出第i辆AGV小车从第n个站点到达第n+1个站点所需时间tn，并在等待tn时间后，将第n个站点进行解锁；
步骤14：将n+1赋值给n后，判断n是否是为第j个任务路径的终点序号，若是，则表示第i辆AGV小车完成第j个任务，否则返回步骤9。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明通过对地图站点实时加锁与解锁的手段，解决了路径冲突，提升了任务执行效率。
2、本发明在路径规划时，避免死锁现象的出现，防止出现无法解决的路径冲突，保障了任务的顺利完成。
3、本发明在多台车等待同一个站点的授权时，可以根据任务优先级让优先级高的任务先执行，其余AGV继续等待，提高了任务执行效率。
附图说明
图1为本发明路径冲突处理流程图；
图2为本发明测试场景模拟图；
图3为本发明对向冲突示意图；
图4为本发明路径障碍示意图；
图5为本发明终点障碍示意图。
具体实施方式
本实施例中，一种AGV路径冲突处理方法，是应用于由各个站点所组成的运输网格中，在运输网格中存在n辆AGV小车和一个调度站，在运输网格中，第i辆AGV小车的运行速度记为Vi，且小车匀速运动，第m个站点与第m+1个站点之间的距离为Sm，并按以下步骤避免各个AGV小车的路径冲突：
步骤1：由任意一辆AGV小车上的相机扫描所有站点上的二维码，并生成包含站点位置信息和站点类型的地图文件发给调度站，调度站通过网络将地图文件共享至其他AGV小车；所有AGV小车根据地图文件将自身位置信息发送给调度站；站点类型包括：充电站点、货架站点、路径站点；
步骤2：调度站产生第j个任务，并根据第j个任务的任务起点和任务终点的站点类型确定任务类型，包括：充电任务、取货任务和移动任务；且设置任务的优先级为充电任务>取货任务>移动任务；
步骤3、调度站根据第j个任务的任务起点，从空闲的AGV小车中选择与任务起点距离最近的第i辆AGV小车，判断第i辆AGV小车是否在第j个任务的任务起点，若是，则利用A*算法生成由第j个任务的任务起点到任务终点的第j个任务路径；否则，利用A*算法生成由AGV小车的前位置到第j个任务的任务起点的第一条任务路径以及第j个任务的任务起点到任务终点的第二条任务路径并进行拼接，从而生成第j个任务路径；
步骤4：调度站判断当前第i辆AGV小车的第j个任务路径中包含的每个站点是否与其他执行运输任务的AGV小车的任务路径中的剩余站点存在“死锁”情况，若存在，则执行步骤5；否则，执行步骤7；其中，死锁现象如下：
对向冲突：两辆AGV以相反的方向运行，若不采取相应的措施，会在一定时间内发生碰撞事故，造成碰撞事故的原因往往是在路径规划阶段没有解决好两辆AGV对相同路径资源争夺问题，这种情形一旦发生，如果没有备用路径，会造成死锁问题，如图3所示。
路径障碍：路径障碍是指有其他AGV停靠在运行中的AGV路径上，阻碍了AGV的前进，该障碍AGV通常是在执行任务或发生机械故障，无法主动对运行AGV进行避让，这种情况下如果没有备用路径可取，则会造成死锁问题，如图4所示。
终点障碍：终点障碍是指有其他AGV停靠在运行AGV的目标节点上，阻止了运行AGV进入目标节点，其原因可能是重复任务的执行时间没有错开，则会出现死锁现象。如图5所示。
步骤5：调度系统判断存在“死锁”情况的站点是否有能替换的邻居站点，若有，则将第i辆AGV小车的第j个任务路径中存在“死锁”情况的站点用其邻居站点替换，从而生成新的第j个任务路径后返回步骤4，否则，表示没有能替换的邻居站点，且无法生成新的第j个任务路径，则执行步骤6；
步骤6：调度站将第i辆AGV小车加入等待死锁列表，直到与其产生“死锁”类型冲突的AGV小车走过与其存在“死锁”情况的站点后，执行步骤4；
步骤7：调度站将第j个任务的任务路径、任务类型以及任务生成时间发送给当前第i辆AGV小车；
步骤8：将当前第i辆AGV小车所在的位置在第j个任务路径中的序号记为n，并初始化n＝1，并按照图1所示进行路径冲突处理；
步骤9：调度站判断第i辆AGV小车所在的第j个任务路径中第n+1号站点是否空闲，若是，则执行步骤12、否则，调度站计算出第n+1号站点的占用时间，并执行步骤10；
步骤10：调度站判断在占用时间中是否有还有其他小车申请第n+1号站点，若有，则将申请第n+1号站点的所有AGV小车加入授权等待列表，并按照任务类型的优先级进行降序排序，对同一任务类型的AGV小车则按照任务生成时间进行降序排序，得到当前第i辆小车在授权等待列表中的序号k；
步骤11：若k＝1，则执行步骤12，否则，第i辆AGV小车等待，直到等待列表中序号为k-1号的AGV小车解锁第n+1号站点后，执行步骤9；
步骤12：调度站将第n+1个站点标记为第i辆AGV小车占用，并将第n+1个站点的位置信息发送给第i辆AGV小车，第i辆AGV小车从第n个站点开始向第n+1个站点移动，从而完成第n+1个站点的授权下发；
步骤13：调度站计算出第i辆AGV小车从第n个站点到达第n+1个站点所需时间tn，并在等待tn时间后，将第n个站点进行解锁；
步骤14：将n+1赋值给n后，判断n是否是为第j个任务路径的终点序号，若是，则表示第i辆AGV小车完成第j个任务，否则返回步骤9。
路径冲突处理测试：
在图2中，AGV001的起始站点是(1,1)，目标站点是(2,4)，AGV002的起始站点是(0,0),目标站点是(2,4)，两台AGV在路径规划时都需要经过(0,2)点，且(0,2)点上有AGV003正在执行任务。
若调度系统没有路径冲突处理算法，三台AGV可能会发送碰撞事故，在本次测试中，规划路径时首先避免了死锁现象的出现，在任务执行时，AGV003前方无障碍，因此可以获得前方路径的三个站点(1,2)，(2,3)，(2,4)的授权，且在内存中给这三个地图上AGV003的锁，AGV003每行驶过一个站点就进行解锁操作。在后方等待的AGV001与AGV002，虽然有任务路径，但是无法获取(0,2)站点的授权，因此会一直在原地等待，直到AGV003行驶过(0,2)站点后，进行(0,2)站点的解锁操作。之后由于AGV001的任务优先级比AGV002高，因此AGV001会先获得站点授权，先移动，直到AGV001行驶过(0,2)站点后，进行(0,2)站点的解锁操作，AGV002才可以获得站点授权，进行移动。
通过本次测试可以看出，使用了该路径冲突处理算法的AGV调度系统，可以保障在同一场景中多台AGV顺利执行任务而不发生碰撞，除此之外，还可以保障优先级高的任务先执行，优先级低的任务后执行。实验结果表面，该路径冲突处理算法可以满足有冲突任务的所有需求，并且从未出现碰撞警告和死锁问题，从而验证了该路径冲突处理算法的可行性。

Claims (1)

1.一种AGV路径冲突处理方法，其特征是应用于由各个站点所组成的运输网格中，在所述运输网格中存在n辆AGV小车和一个调度站，在所述运输网格中，第i辆AGV小车的运行速度记为Vi，且小车匀速运动，第m个站点与第m+1个站点之间的距离为Sm，并按以下步骤避免各个AGV小车的路径冲突：
步骤1：由任意一辆AGV小车上的相机扫描所有站点上的二维码，并生成包含站点位置信息和站点类型的地图文件发给所述调度站，所述调度站通过网络将所述地图文件共享至其他AGV小车；所有AGV小车根据所述地图文件将自身位置信息发送给所述调度站；所述站点类型包括：充电站点、货架站点、路径站点；
步骤2：所述调度站产生第j个任务，并根据第j个任务的任务起点和任务终点的站点类型确定任务类型，包括：充电任务、取货任务和移动任务；且设置任务的优先级为充电任务>取货任务>移动任务；
步骤3、所述调度站根据第j个任务的任务起点，从空闲的AGV小车中选择与所述任务起点距离最近的第i辆AGV小车，判断第i辆AGV小车是否在第j个任务的任务起点，若是，则利用A*算法生成由第j个任务的任务起点到任务终点的第j个任务路径；否则，利用A*算法生成由AGV小车的前位置到第j个任务的任务起点的第一条任务路径以及第j个任务的任务起点到任务终点的第二条任务路径并进行拼接，从而生成第j个任务路径；
步骤4：所述调度站判断当前第i辆AGV小车的第j个任务路径中包含的每个站点是否与其他执行运输任务的AGV小车的任务路径中的剩余站点存在“死锁”情况，若存在，则执行步骤5；否则，执行步骤7；其中，死锁现象包括：对向冲突、路径障碍和终点障碍；
步骤5：所述调度系统判断存在“死锁”情况的站点是否有能替换的邻居站点，若有，则将所述第i辆AGV小车的第j个任务路径中存在“死锁”情况的站点用其邻居站点替换，从而生成新的第j个任务路径后返回步骤4，否则，表示没有能替换的邻居站点，且无法生成新的第j个任务路径，则执行步骤6；
步骤6：所述调度站将所述第i辆AGV小车加入等待死锁列表，直到与其产生“死锁”类型冲突的AGV小车走过与其存在“死锁”情况的站点后，执行步骤4；
步骤7：所述调度站将第j个任务的任务路径、任务类型以及任务生成时间发送给当前第i辆AGV小车；
步骤8：将当前第i辆AGV小车所在的位置在第j个任务路径中的序号记为n，并初始化n＝1；
步骤9：所述调度站判断第i辆AGV小车所在的第j个任务路径中第n+1号站点是否空闲，若是，则执行步骤12、否则，所述调度站计算出第n+1号站点的占用时间，并执行步骤10；
步骤10：所述调度站判断在所述占用时间中是否有还有其他小车申请第n+1号站点，若有，则将申请第n+1号站点的所有AGV小车加入授权等待列表，并按照任务类型的优先级进行降序排序，对同一任务类型的AGV小车则按照任务生成时间进行降序排序，得到当前第i辆小车在授权等待列表中的序号k；
步骤11：若k＝1，则执行步骤12，否则，第i辆AGV小车等待，直到所述等待列表中序号为k-1号的AGV小车解锁第n+1号站点后，执行步骤9；
步骤12：所述调度站将第n+1个站点标记为第i辆AGV小车占用，并将第n+1个站点的位置信息发送给第i辆AGV小车，第i辆AGV小车从第n个站点开始向第n+1个站点移动，从而完成第n+1个站点的授权下发；
步骤13：所述调度站计算出第i辆AGV小车从第n个站点到达第n+1个站点所需时间tn，并在等待tn时间后，将第n个站点进行解锁；
步骤14：将n+1赋值给n后，判断n是否是为第j个任务路径的终点序号，若是，则表示第i辆AGV小车完成第j个任务，否则返回步骤9。
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