CN114435175B - 适配人工智能运输机器人实时作业任务的充电桩动态调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适配人工智能运输机器人实时作业任务的充电桩动态调度方法，系统基于充电桩管理策略，通过作业ART电量和作业ART数量，计算作业ART的充电桩需求数量，按需为作业ART预留充电柱，并将剩余充电桩用于非作业ART充电；系统基于作业ART充电管理策略，根据作业ART的充电请求和ART剩余电量水平为作业中ART分派充电桩；系统基于非作业ART充电管理策略，根据非作业ART的充电请求和充电桩的空闲情况，为非作业ART分派充电桩。本发明实现ART电量的动态调控，极大提高了充电桩利用效率，使ART车队整体电量保持在较高水平，保证码头装卸作业的顺利进行，同时减少了充电桩和ART的需求数量。
Description
技术领域
本发明涉及码头运输设备智能充电技术领域，具体涉及一种适配ART实时作业任务的充电桩动态调度方法。
背景技术
近年来，随着电池技术、无人驾驶技术的发展和港口对码头作业设备绿色环保要求的提高，纯电动ART(Artificial Intelligence Robot of Transportation,即人工智能运输机器人)未来将会成为“绿色智慧”码头水平运输的重要设备。但当大规模应用ART进行货物装卸时，ART的电量将成为影响生产作业顺利进行的关键因素。目前，ART在许多港口仍处于初步探索或调试运行阶段，有关ART充电调度的技术或方法还不够完备和成熟。
发明内容
本发明的目的是要解决现有自动化集装箱码头ART充电调度策略存在的难点，提供一种适配ART实时作业任务的充电桩动态调度方法，实现提高码头集装箱运输效率、减少集装箱运输环节瓶颈、提高充电桩系统利用效率、提升ART车队整体电量水平的目标，保证码头装卸作业的顺利进行。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种适配ART实时作业任务的充电桩动态调度方法，系统基于充电桩管理策略，通过作业ART电量和作业ART数量，计算作业ART的充电桩需求数量，按需为作业ART预留充电桩，并将剩余充电桩用于非作业ART充电；系统基于作业ART充电管理策略，根据作业ART的充电请求和ART剩余电量水平为作业中ART分派充电桩；系统基于非作业ART充电管理策略，根据非作业ART的充电请求和充电桩的空闲情况，为非作业ART分派充电桩。
优选的，基于所述充电桩管理策略对ART充电时，作业ART或非作业ART传递ART剩余电量等信息给充电桩，充电桩管理模块实时传递充电中的ART电量水平、剩余充电时间信息以及充电桩编号信息给系统。
优选的，所述作业ART充电管理策略通过主动充电方式和被动充电方式对作业ART进行充电管理：
主动充电方式流程如下：
作业ART电量低于电量下限值时向系统申请下线充电；
系统接到申请后，判断是否有用于作业ART充电的空闲的作业充电桩：若有，则选取距离作业ART完成当前任务后的位置最近的空闲的作业充电桩；若无，则选择一台正在充电的作业ART停止充电，使该作业ART离开所在的作业充电桩，得到空闲的作业充电桩，系统规划请求充电的作业ART进入空闲的作业充电桩的路径，作业ART完成当前任务后按照路径去空闲的作业充电桩充电；
充电中的作业ART达到快充上限值时，向系统报告完成充电任务，等待系统调度；系统接到报告后，查询是否有作业ART申请下线充电，若无，则正在充电的ART继续充电，直至接到调度指令或充电至电量上限值；若有，则选取电量低于电量下限值的申请下线充电的作业ART完成当前任务后进行充电，同时系统调度达到快充上限值的作业ART上线作业；其中，选择一台正在充电的作业ART停止充电的选取方法如下：
首先查看距离作业ART完成当前任务后的位置最近的充电的作业ART中是否有电量超过快充上限值的作业ART，若没有，则选取当前电量最高的作业ART停止充电；若存在，则从超过快充上限值的作业ART中选取电量最高的作业ART停止充电；
被动充电方式流程如下：
作业ART的平均电量低于预设的电量中值时，系统查询非作业ART中电量高于快充上限值的ART，按照作业ART电量由低到高逐台替换非作业ART中电量最高ART，被替换下来的低电量的作业ART转换为非作业ART，依次行驶至空闲的非作业充电桩充电；替换低电量的作业ART的高电量的非作业ART转换为作业ART上线作业；
充电中的作业ART电量达到快充上限值时申请上线，等待系统调度，同时系统强制作业ART中最低电量的作业ART完成当前任务后下线充电，充电完成的作业ART上线作业。
优选的，所述非作业ART充电管理策略的流程如下：
非作业ART电量低于下限值时，向系统申请充电；系统接到申请后，判断是否有用于非作业ART充电的空闲的非作业充电桩：若有，则选取与申请充电的非作业ART最近的空闲的非作业充电桩；若无，则选择一台充电中的非作业ART停止充电，使该非作业ART离开所在的作业充电桩，得到空闲的非作业充电桩，系统规划申请充电的非作业ART进入空闲的非作业充电桩的路径，由申请充电的非作业ART按照路径去空闲的非作业充电桩充电；
充电中的非作业ART电量达到快充上限值时，申请离开并等待系统调度；系统接到申请后，查看非作业ART信息，选择电量低于下限值的非作业ART进入空闲的非作业充电桩充电，达到快充上限值的非作业ART离开充电桩到指定位置停车；
充电中非作业ART电量达到上限值完成充电时，系统查询非作业ART的充电记录，判断在近一周内是否存在未完成至少一次充电至上限值的非作业ART，若有，则选取该非作业ART充电，直至充电完成；若无，则选取电量最低的作业ART充电，充电完成的非作业ART上线转为作业ART；
其中，充电中的非作业ART停止充电的选取原则如下：
首先判断是否存在电量超过快充上限值的非作业ART，若没有，则选取电量最高的非作业ART停止充电；若存在，则在电量超过快充上限值的非作业ART中选电量最高的非作业ART停止充电。
进一步地，对ART充电设置慢充与快充两种充电方式；其中，ART电量为80％到100％的水平时，为高电量状态，充电方式为慢充充电；ART电量为30％到80％的水平时，为低电量状态，充电方式为快充充电。
优选的，每台ART的单次充电电量至少大于下次作业所需的消耗电量，使得ART剩余电量递增，车队所有ART整体电量呈上升趋势。
其中，车队整体电量情况由码头当前忙碌状态决定，忙碌时ART单次充电量较低，为保证码头作业顺利进行需要频繁充电。
与现有技术相比，本发明能够实现ART电量的动态调控，极大提高了充电桩的利用效率，使ART车队整体电量保持在较高水平，保证码头装卸作业的顺利进行，同时减少了充电桩和ART的需求数量，降低了码头建设投资成本。在充电策略方面，本发明设置快充与慢充两种充电方式，尽可能使ART车队整体电量保持在同一水平，提高车队整体协同作业效率，因此该充电桩动态调度策略非常适合自动化集装箱码头作业体系。
此外，本发明提出的适配ART实时作业任务的充电桩动态调度方法是在自动化集装箱码头ART充电调度方面的重大创新，在建设自动化集装箱码头和常规码头升级改造方面具有广阔的应用前景，具有良好的经济价值和社会效益。
附图说明
图1为本发明实施例提出的适配ART实时作业任务的充电桩管理策略的流程图。
图2为本发明实施例提供的适配ART实时作业任务的作业ART充电管理策略的流程图。
图3位本发明实施例提供的适配ART实时作业任务的非作业ART充电管理策略的流程图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明的说明书以及附图中，车辆是指ART(Artificial Intelligence Robot ofTransportation，即人工智能运输机器人)，如有特别说明，车辆与ART同义，车辆即ART即车辆，作业ART即作业车辆，非作业ART即非作业车辆。
本发明实施例提供的适配ART实时作业任务的充电桩动态调度方法，将充电桩按用途分为作业ART充电和非作业ART充电两类，提升了充电桩利用效率，使得ART作业更灵活，保证装卸作业顺利进行；同时还设置快充与慢充两种充电方式，以便ART车队整体电量保持在相似水平，提高ART整体协同运作效率。
如图1所示，本发明提供的适配ART实时作业任务的充电桩动态调度方法，通过以下步骤实现：
系统基于充电桩管理策略，通过作业ART电量和作业ART数量，计算作业ART的充电桩需求数量，按需为作业ART预留作业充电桩，并将剩余充电桩作为非作业充电桩，用于非作业ART充电；系统基于作业ART充电管理策略，根据作业ART的充电请求和ART剩余电量水平为作业中ART分派充电桩；系统基于非作业ART充电管理策略，根据非作业ART的充电请求和充电桩的空闲情况，为非作业ART分派充电桩。
所述的系统可以是ART管理系统或是ART调度系统。
上述技术方案中，基于所述充电桩管理策略，对作业ART或非作业ART充电时，作业ART或非作业ART传递其剩余电量等信息给充电桩，充电桩管理模块实时传递充电中的ART电量水平、剩余充电时间信息，以及充电桩编号等信息给系统。
上述技术方案中，所述作业ART充电管理策略通过主动充电以及被动充电的方式对ART进行充电，具体如图2所示：
主动充电的流程如下：
作业ART电量低于电量下限值时向系统申请下线充电，作业ART完成当前任务后按照指令去指定位置充电；
系统接到申请后，查看预留给作业ART的作业充电桩使用情况：若有空闲的作业充电桩，优先选取最近的空闲的作业充电桩；若无空闲的作业充电桩，则从系统中选择一台正在充电的作业ART停止充电，并将空闲下来的作业充电桩信息反馈给系统，由系统规划作业ART进入空闲的作业充电桩的路径方案；
选择一台正在充电的作业ART停止充电的选取原则为：
首先在距离最近的充电的作业ART中，查看是否有电量超过快充上限值的作业ART，若没有超过快充上限值的作业ART，则选取当前电量最高的作业ART停止充电；若有电量超过快充上限值的作业ART，则从超过快充上限值的作业ART中选取电量最高的作业ART停止充电；
充电中的作业ART达到快充上限值时，向系统报告可以完成充电任务，等待系统调度，系统接到报告后，查询是否有作业ART申请下线充电，若无，则正在充电的ART继续充电，直至接到调度指令或充电至电量上限值；若有，则选取电量低于电量下限值的申请下线充电的作业ART完成当前任务后进行充电，同时系统调度达到快充上限值的作业ART上线作业；
被动充电方式：
作业ART平均电量低于中值时，系统查询非作业ART中所有电量高于快充上限值的非作业ART，按照作业ART电量由低到高，逐台替换非作业ART中电量最高的非作业ART，被替换下来的低电量的作业ART转换为非作业ART，依次行驶至空闲的非作业充电桩充电；替换低电量的作业ART的高电量的非作业ART转换为作业ART上线作业；
同时，充电中的作业ART电量达到快充上限值时申请上线，等待系统调度，同时系统强制作业ART中最低电量的作业ART完成当前任务后下线充电，充电完成后的作业ART上线作业。
上述技术方案中，所述非作业ART充电管理策略，具体流程如图3所示：
非作业ART电量低于下限值时，向系统申请充电；系统接到申请后，查看留给非充电ART使用的非作业充电桩的情况，若有空闲的非作业充电桩，则优先选取最近的空闲的非作业充电桩；若无空闲的非作业充电桩，选择一台充电的非作业ART停止充电，得到空闲的非作业充电桩，并将空闲的非作业充电桩信息反馈系统，由系统规划非作业ART进入空闲的非作业充电桩的方案路径；
其中，选择一台充电的非作业ART停止充电的选取原则如下：
判断是否存在电量超过快充上限值的非作业ART，若没有，则选电量最高的非作ART停止充电；如果存在，则在电量超过快充上限值的非作业ART中选电量最高的非作业ART停止充电。
充电中的非作业ART达到快充上限值时，申请离开充电位，等待系统调度。系统接到申请后，查看所有非作业ART信息，选择电量低于下限值的非作业ART进入充电位充电，电量达到快充上限值的非作业ART离开充电位并到系统指定位置停车；
充电中的非作业ART电量达到上限值时完成充电，同时系统查询所有非作业ART的过往充电记录，若在近一周内存在未完成至少一次充电至电量上限值的非作业ART，则选取该非作业ART进入空闲的非作业充电桩充电，充电完成后的该非作业ART进入系统指定停车位；若不存在上述的非作业ART，则选取电量最低的作业ART进入充电位充电，充电完成的非作业ART上线转为作业ART。
上述技术方案中，对ART充电设置慢充与快充两种充电方式，ART电量为80％到100％的水平时，为高电量状态，充电方式为慢充充电；ART电量为30％到80％的水平时，为低电量状态，充电方式为快充充电。两种充电方式充相同电量所需时间不同。
本发明实施例中，为实现ART车队电量呈上升趋势，在对ART充电时，控制每台ART单次充电电量至少大于下次作业所需的消耗电量，使得车内剩余电量递增，车队整体电量呈上升趋势。
其中，车队整体电量情况由码头当前忙碌状态决定，码头忙碌时ART单次充电量较低，为保证码头作业顺利进行需要频繁充电。
最后应当说明的是，上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。
此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。
Claims (4)
1.一种适配人工智能运输机器人实时作业任务的充电桩动态调度方法，其特征在于，系统基于充电桩管理策略，通过作业人工智能运输机器人电量和作业人工智能运输机器人数量，计算作业人工智能运输机器人的充电桩需求数量，为作业人工智能运输机器人预留相应数量的作业充电桩，剩余充电桩作为非作业充电桩用于非作业人工智能运输机器人充电；系统基于作业人工智能运输机器人充电管理策略，根据作业人工智能运输机器人的充电请求和人工智能运输机器人剩余电量水平为作业中人工智能运输机器人分派充电桩；系统基于非作业人工智能运输机器人充电管理策略，根据非作业人工智能运输机器人的充电请求为非作业人工智能运输机器人分派充电桩；
所述作业人工智能运输机器人充电管理策略通过主动充电方式和被动充电方式对作业人工智能运输机器人进行充电管理：
主动充电方式流程如下：
作业人工智能运输机器人电量低于电量下限值时向系统申请下线充电；
系统接到申请后，判断是否有用于作业人工智能运输机器人充电的空闲的作业充电桩：若有，则选取距离作业人工智能运输机器人完成当前任务后的位置最近的空闲的作业充电桩；若无，则选择一台正在充电的作业人工智能运输机器人停止充电，使该作业人工智能运输机器人离开作业充电桩，得到空闲的作业充电桩，系统规划请求充电的作业人工智能运输机器人进入空闲的作业充电桩的路径，作业人工智能运输机器人完成当前任务后按照路径去空闲的作业充电桩充电；
充电中的作业人工智能运输机器人达到快充上限值时，向系统报告完成充电任务，等待系统调度；系统接到报告后，查询是否有作业人工智能运输机器人申请下线充电，若无，则正在充电的人工智能运输机器人继续充电，直至接到调度指令或充电至电量上限值；若有，则选取电量低于电量下限值的申请下线充电的作业人工智能运输机器人完成当前任务后进行充电，同时系统调度达到快充上限值的作业人工智能运输机器人上线作业；
其中，选择一台正在充电的作业人工智能运输机器人停止充电的选取方法如下：
首先查看距离作业人工智能运输机器人完成当前任务后的位置最近的充电的作业人工智能运输机器人中是否有电量超过快充上限值的作业人工智能运输机器人，若没有，则选取当前电量最高的作业人工智能运输机器人停止充电；若存在，则从超过快充上限值的作业人工智能运输机器人中选取电量最高的作业人工智能运输机器人停止充电；
被动充电方式流程如下：
作业人工智能运输机器人的平均电量低于预设的电量中值时，系统查询非作业人工智能运输机器人中电量高于快充上限值的人工智能运输机器人，按照作业人工智能运输机器人电量由低到高逐台替换非作业人工智能运输机器人中电量最高人工智能运输机器人，被替换下来的作业人工智能运输机器人转换为非作业人工智能运输机器人，依次行驶至空闲的非作业充电桩充电；
充电中的作业人工智能运输机器人电量达到快充上限值时申请上线，等待系统调度，同时系统强制作业人工智能运输机器人中最低电量的作业人工智能运输机器人完成当前任务后下线充电，充电完成的作业人工智能运输机器人上线作业；
对作业人工智能运输机器人以及非作业人工智能运输机器人充电时，每台人工智能运输机器人的单次充电电量至少大于下次作业的消耗电量，使得人工智能运输机器人剩余电量递增，所有人工智能运输机器人整体电量呈上升趋势。
2.根据权利要求1所述适配人工智能运输机器人实时作业任务的充电桩动态调度方法，其特征在于，基于所述充电桩管理策略对人工智能运输机器人充电时，作业人工智能运输机器人或非作业人工智能运输机器人传递人工智能运输机器人剩余电量信息给充电桩，充电桩管理模块实时传递充电中的作业人工智能运输机器人或非作业人工智能运输机器人电量水平、剩余充电时间信息以及充电桩编号信息给系统。
3.根据权利要求1所述适配人工智能运输机器人实时作业任务的充电桩动态调度方法，其特征在于，所述非作业人工智能运输机器人充电管理策略的流程如下：
非作业人工智能运输机器人电量低于下限值时，向系统申请充电；系统接到申请后，判断是否有用于非作业人工智能运输机器人充电的空闲的非作业充电桩：若有，则选取与申请充电的非作业人工智能运输机器人最近的空闲的非作业充电桩；若无，则选择一台充电中的非作业人工智能运输机器人停止充电，使该非作业人工智能运输机器人离开非作业充电桩，得到空闲的非作业充电桩，系统规划申请充电的非作业人工智能运输机器人进入空闲的非作业充电桩的路径，由申请充电的非作业人工智能运输机器人按照路径去空闲的非作业充电桩充电；
充电中的非作业人工智能运输机器人电量达到快充上限值时，申请离开并等待系统调度；系统接到申请后，查看非作业人工智能运输机器人信息，选择电量低于下限值的非作业人工智能运输机器人进入空闲的非作业充电桩充电，达到快充上限值的非作业人工智能运输机器人离开充电桩到指定位置停车；
充电中非作业人工智能运输机器人电量达到上限值完成充电时，系统查询非作业人工智能运输机器人的充电记录，判断在近一周内是否存在未完成至少一次充电至上限值的非作业人工智能运输机器人，若有，则选取该非作业人工智能运输机器人充电，直至充电完成；若无，则选取电量最低的作业人工智能运输机器人充电，充电完成的非作业人工智能运输机器人上线转为作业人工智能运输机器人；
其中，充电中的非作业人工智能运输机器人停止充电的选取原则如下：
首先判断是否存在电量超过快充上限值的非作业人工智能运输机器人，若没有，则选取电量最高的非作业人工智能运输机器人停止充电；若存在，则在电量超过快充上限值的非作业人工智能运输机器人中选电量最高的非作业人工智能运输机器人停止充电。
4.根据权利要求1所述适配人工智能运输机器人实时作业任务的充电桩动态调度方法，其特征在于，对作业人工智能运输机器人以及非作业人工智能运输机器人充电时，设置慢充与快充两种充电方式；人工智能运输机器人电量在80％--100％时，为高电量状态，充电方式为慢充充电；人工智能运输机器人电量在30％--80％时，为低电量状态，充电方式为快充充电。
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