CN116134399A - 操作自动存储系统的容器运送车辆的路由 - Google Patents

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Abstract

一种方法，控制系统(500)和计算机程序，用于在包括框架结构(100)的自动存储和取回系统中对运送存储容器(106)的容器运送车辆(201)进行路由和重新路由，框架结构(100)形成用于将存储容器(106)存储在存储列(105)中的三维存储网格结构(104)，框架结构包括布置在具有轨道系统(108)的存储列(105)上方的基于网格的轨道系统(108)，轨道系统(108)为容器运送车辆(201)将存储容器(106)运送和转移到存储列(105)和从存储列(105)运送和转移存储容器(201)提供能用的路线，并且其中，每个容器运送车辆(201)包括第一组车轮和第二组车轮，第一组车轮被配置为沿着基于网格的轨道系统的第一横向方向(X)移动车辆，第二组车轮被配置为沿着基于网格的轨道系统(108)的第二横向方向(Y)移动车辆，第二方向(Y)垂直于第一方向(X)，容器运送车辆的移动由控制系统(500)控制，控制系统确定将由指定的容器运送车辆(201)完成的任务、确定用于执行任务的目的地位置以及容器运送车辆(201)将在轨道系统(108)上行驶的路线。方法包括以下当执行计算机程序时由控制系统(500)执行的步骤：在控制系统(500)中运行(410)多智能体寻路算法MAPF，用于在轨道系统(108)上为容器运送车辆(201)建立和分配从其当前位置到目的地位置的分配任务的路线；确定(420)容器运送车辆(201)在设定时间间隔内能够在分配的路线的第一部分上行驶多远，第一部分比到目的地的分配的路线短；锁定(430)容器运送车辆(201)能够在设定时间间隔内行驶的分配的路线的第一部分；指示(440)容器运送车辆(201)在分配的锁定的路线上从它们的当前位置移动到终点位置；重复上述步骤。

Description

操作自动存储系统的容器运送车辆的路由
技术领域
本发明涉及一种用于由在存储和取回系统的基于网格的轨道系统上运行的容器运送车辆(container handling vehicles)运送的存储容器的自动存储和取回系统，更具体地，涉及一种用于根据轨道系统上的能用的路线对容器运送车辆进行路由和重新路由的方法、系统和计算机程序。
背景技术
图1公开了典型的现有技术的自动存储和取回系统1，该系统具有框架结构100和在系统1上操作的容器运送车辆201，也称为机器人。
框架结构100包括直立构件102、水平构件103和存储体积，该存储体积包括在直立构件102和水平构件103之间布置成行的存储列105。在这些存储列105中，存储容器106，也称为箱，一个叠一个地堆叠以形成堆叠107。构件102，103通常可由金属制成，例如挤压铝型材。
自动存储和取回系统1的框架结构100包括横过框架结构100的顶部布置的轨道系统108，在该轨道系统108上操作多个容器运送车辆201，以从存储列105升起存储容器106和将存储容器106下降到存储列105中，并且也将存储容器106运输到存储列105上方。
轨道系统108包括第一组平行轨道110，其被布置为引导容器运送车辆201沿第一方向X穿过框架结构100的顶部运动；以及垂直于第一组轨道110布置的第二组平行轨道111，以引导容器运送车辆201在垂直于第一方向X的第二方向Y上运动。
图1中还示出了第一方向X上的第一轨道110a、第一方向X上的第二轨道110b、第二方向Y上的第一轨道111a和第二方向Y上的第二轨道111b。容器运送车辆201在存储列105的上方横向移动，即在平行于水平X-Y平面的平面内移动。
所使用的容器运送车辆201的类型可以是本领域中已知的任何类型，例如，在WO2014/090684A1或WO2015/193278A1中公开的具有覆盖一个或两个存储列105的占地面积的自动容器运送车辆之一。轨道系统108可以布置为单和/或双轨道配置。
存储容器106存储在列105中，该列限定与第一方向X和第二方向Y正交的第三方向Z。容器运送车辆201通过轨道系统108中的接入开口112接入存储容器106，即，轨道系统108布置在框架结构100上，框架结构限定每个存储列105顶部的每个接入开口112的圆周。框架结构100的直立构件102可用于当这些存储容器从列105取出和下降到列105中时引导存储容器。容器106的堆叠107通常是自支撑的。
框架结构100的存储体积通常被称为网格104，其中该网格中的存储列105内的可能的存储位置被称为存储单元。每个存储列105可以通过X和Y方向上的位置来标识，而每个存储单元可以通过X方向、Y方向和Z方向上的容器号来标识。
在框架结构100中，大多数列105是存储列105，即在其中将存储容器106存储在堆叠107中的列105。然而，一些列105可能具有其他目的。
在图1中，列119和120是容器运送车辆201用来卸下和/或接取存储容器106的专用列，以便可将它们转移到可从框架结构100的外部接入存储容器106或将其从框架结构100移除或移进框架结构100的接入站(未示出)。接入站通常是从存储容器106中取出产品或将产品放置到存储容器106中的拾取或存储站。
在本领域中，用于将存储容器移入和移出存储系统的列通常被称为端口列119、120或转移列。存储容器经由通常位于端口列119、120端部的开口处的端口119’、120’转移到端口列119、120和从端口列119、120转移，即，存储容器进入或离开端口列119、120的地方。端口还可以位于其他位置，例如端口列119、120的中层或地面层。
存储容器106到接入站的运输和转移可以是在任何方向上，即水平的、倾斜的和/或垂直的。例如，存储容器106可以放置在框架结构100内的随机或专用列105中，然后由任何容器运送车辆201拾取并运输到端口列119、120，以便进一步运输到接入站。注意，术语“倾斜”是指具有在水平和垂直之间某处的一般运输方向的存储容器106的运输。
在图1中，例如，第一端口列119可以是专用的卸货端口列，其中容器运送车辆201可以卸下要运输到接入或转移站的存储容器106，并且第二端口列120可以是专用的拾取端口列，其中容器运送车辆201可以从接入或转移站拾取已经运输的存储容器106。
当操作自动存储和取回系统1时，通过接收指令给予每个容器运送车辆201任务。例如，任务可以是从存储列105取回特定的存储容器106，并在端口列119处将其交付，以便进一步运输到接入站，或者将存储容器106从一个存储单元移动到另一个存储单元。这意味着指示每个容器运送车辆201沿着轨道111上的设定路线从其当前位置到目标位置。
当要取回存储在图1中公开的列105的一个中的特定存储容器106时，对其中一个容器运送车辆201分配任务，并指示从存储容器106的位置取回目标存储容器106，并将其运输到端口列119的端口119’。此操作涉及将容器运送车辆201移动到存储容器106所在的存储列105上方的位置，使用容器运送车辆201的起重装置(lifting device)(未示出)从存储列105取回存储容器106，并将存储容器106运输到端口列119的端口119’。
如果目标存储容器106位于堆叠107的深处，即一个或多个其他存储容器106位于目标存储容器106上方，该操作还涉及在从存储列105中将目标存储容器106起重之前临时移动放置在上方的存储容器。该步骤在本领域中有时被称为“挖掘(digging)”，该步骤可用随后用于将目标存储容器运输到卸货端口列119的同一容器运送车辆201，或者通过一个或多个其他合作的容器运送车辆201来执行。替代地或另外地，自动存储和取回系统1可具有专门用于临时从存储列105移除存储容器的任务的容器运送车辆201。一旦目标存储容器106已经从存储列105中移除，可将临时移除的存储容器106重新放置到原始存储列105中。然而，移除的存储容器106可替代地重新定位到其他存储列105。
当要将存储容器106存储在列105的一个中时，指示容器运送车辆201之一从端口列120的端口120’拾取存储容器106，从接入或转移站转移存储容器，并将其运输到它要被存储的存储列105上方的位置。在移除位于存储列堆叠107内的目标位置处或目标位置之上的任何存储容器之后，容器运送车辆201将存储容器106定位在期望位置。然后，可将移除的存储容器106降低回存储列105中，或重新放置到其他存储列中。
框架结构100内每个存储容器106的位置以及在存储和取回系统上操作的每个容器运送车辆201的位置和移动都由控制系统500以及对每个存储容器106的内容的参考连续地监测和控制，使得期望的存储容器106可以在期望的时间被交付到期望的位置，而容器运送车辆201不会彼此碰撞。
图2中示出了典型控制系统500的示例。控制系统500适于向每个容器运送车辆201中的车辆控制器230传输操作和移动指令，以控制存储和取回系统1上的所有移动和操作。控制系统500指示每个车辆201以存储或取回存储容器106。每个车辆201的当前位置从车辆201传送到控制系统500，从而使其能够以最佳方式在没有车辆150排队或碰撞的情况下控制在轨道系统108上所有车辆201的移动。
在所示的示例中，控制系统500包括主控制器220、数据库210、路由规划器200和用于向每个容器运送车辆201传送指令的发射机/接收机225。
数据库在任何时候保持跟踪存储容器106的位置以及要运送的存储容器106，即，要被取回或存储在存储网格104中的存储容器106。路由规划器200适于为容器运送车辆201寻找最佳路线。
主控制器220适于协调来自数据库210和路由规划器的信息，并适于生成对每个容器运送车辆201的操作指令，例如，根据来自路由规划器200的输入的运送的存储容器以及遵循轨道系统108上的路线。
控制系统500与中央计算机通信，其中命令(order)和任务被传输到控制系统500。
通常，自动存储和取回系统1与将存储容器从一个位置转移到另一个位置的多个容器运送车辆201一起操作。较大的存储和取回系统可以配备有数百个容器运送车辆201，其中每个容器运送车辆通过接收从控制系统500发送的指令被分配和给予任务。例如，任务可以是从其所在的存储列105获取特定存储容器106，通过在设定的方向上行驶设定的距离来遵循路线，在端口119’处交付存储容器106，等等。
控制系统500给出指令，指示每个容器运送车辆201执行任务并遵循从当前位置到目标目的地的特定路线。总的目标是为每个容器运送车辆201找到最佳路线和不会彼此冲突的路线。最佳路线通常是在同一时间段内不会与其他路线冲突的最短路线。
多智能体寻路(MAPF)算法在计算机科学领域中是已知的，并且可以用于解决为多个智能体寻找在彼此不冲突的情况下从它们的当前位置到它们的目标位置的路径的问题，同时优化成本函数，例如所有智能体的路径长度的总和。
对于存储和取回系统1，容器运送车辆201代表智能体。然而，大多数MAPF算法是解决特定场景的一次性算法，其中容器运送车辆201在根据新任务制定新路线之前，沿着从当前位置到最终位置的设定路线完成其计划任务以执行任务。使这些多智能体寻路算法适于动态变化的环境，其中容器运送车辆201可能在完成第一分配的任务之前改变任务或目标的类型，或者其中存在在存储系统上操作的新的活动容器运送车辆201，这不是简单的。
通过使用MAPF算法，多个容器运送车辆201可以同时进行路由，但是由于MAPF算法具有相当长的执行时间，所以在正在生成新的路线由的同时，容器运送车辆201必须等待。
在David Silver于2005年的论文“Cooperative pathfinding”(www.aaai.org)中，限定了限制区域的滑动窗口用于路由，以在实时环境中找到该区域内的非冲突路线。然而，对可能路线的协同搜索限于由当前窗口指定的固定深度。每个智能体搜索到其目的地的部分路线，然后开始遵循该路线。每隔一段时间，例如，当智能体在其部分路线的中途时，窗口被向前移动，并计算新的部分路线。这意味着协同搜索只考虑滑动窗口内的智能体，即，忽略限定限制区域的窗口外部的其他智能体。为了找到智能体到目的地的方向，执行全深度的抽象搜索。
本发明提出了一种用于路由的方法，其中找到了从容器运送车辆的当前位置到目的地的完整路线，但是其中只有每条路线的第一部分在设定的时间帧内被锁定。这种方法提供了时间有效(time efficient)路由，并且可以在不停止容器运送车辆的情况下执行重新路由。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的方式，当容器运送车辆在存储和取回系统的轨道系统上运行时，随着其执行其操作，对其进行路由和重新路由。一种新的方法、系统和计算机程序为所有容器运送车辆提供了比以前的路线更多的路线选择。
这是通过在容器运送车辆从它们的当前位置到目标目的地的行驶期间尽可能频繁地对其进行路由和重新路由来实现的，并且通过考虑所有容器运送车辆从当前位置到目的地位置的所有路线来实现的。
根据本发明的方法，当容器运送车辆朝向其目的地移动时，即时计算容器运送车辆的路线。容器运送车辆可以有效地重新路由以遵循新的路线，以适于交通状况的变化，并且可以为新激活的容器运送车辆创建新的路线。
新方法为所有容器运送车辆寻找新路线而无需停车所需的时间更短，并为所有容器运送车辆提供更多路线选择。根据该方法，MAPF用于为所有容器运送车辆寻找到其最终目的地的路线，但是其中只有每条路线的第一部分在设定的时间间隔内被锁定，这与现有技术相反，在现有技术中，完整的路线被锁定，或者其中仅评估由滑动窗口限定的限制区域内的车辆的路线，如在上述David Silver的论文中所描述的。
由于每条路线中已经被覆盖的部分被释放用于新路线以及分配的路线中尚未被锁定的部分，随着容器运送车辆沿着它们的分配的路线移动，新方法提供了更多的路线选择。
本发明的方法提供了流动的、不断变化的系统，并且MAPF不仅允许这一点，而且与先前的规划算法相比，它允许缩短行程时间，因为路径被阻塞的时间更少。
本发明由一种用于在包括框架结构的自动存储和取回系统中对运送存储容器的容器运送车辆进行路由和重新路由的方法限定，该框架结构形成用于将存储容器存储在存储列中的三维存储网格结构，框架结构包括布置在具有轨道系统的存储列上方的基于网格的轨道系统，轨道系统为容器运送车辆将存储容器运送和转移到存储列和从存储列运送和转移存储容器提供能用的路线，并且其中，每个容器运送车辆包括第一组车轮和第二组车轮，第一组车轮被配置为沿着基于网格的轨道系统的第一横向方向(X)移动车辆，第二组车轮被配置为沿着基于网格的轨道系统的第二横向方向(Y)移动车辆，第二方向(Y)垂直于第一方向(X)，容器运送车辆的移动由控制系统控制，控制系统确定将由指定的容器运送车辆完成的任务、确定用于执行任务的目的地位置以及容器运送车辆将在轨道系统上行驶的路线。
该方法包括以下由控制系统执行的步骤：
a.在控制系统中运行多智能体寻路算法MAPF，用于在轨道系统上为容器运送车辆建立和分配从其当前位置到目的地位置的分配任务的路线；
b.确定容器运送车辆在设定时间间隔内能够在分配的路线的第一部分上行驶多远，第一部分比到目的地的所分配的路线短；
c.锁定容器运送车辆能够在设定时间间隔内行驶的所分配的路线的第一部分；
d.指示容器运送车辆在分配的锁定的路线上从其当前位置移动到终点位置；
e.重复步骤a)至d)。
根据该方法的一个实施例，步骤b)中设定时间间隔的上限可以对应于控制系统用于执行MAPF算法并指示容器运送车辆根据建立的路线移动的执行时间。容器运送车辆在此时间间隔内根据分配的路线在轨道系统上行驶的距离将是MAPF建立的完整路线中被锁定的部分。
根据该方法的一个实施例，步骤b)中设定时间间隔的上限可以对应于所有容器运送车辆从当前位置移动到容器运送车辆能够改变方向的轨道系统上位于最近的存储列上方的位置所经过的时间。
根据该方法的一个实施例，步骤b)中设定时间间隔的持续时间可以根据自动存储和/或取回系统的大小和容器运送车辆的数量来设定以包括在MAPF算法中。
根据该方法的一个实施例，该方法可以包括为被给予优先权的容器运送车辆延伸分配的路线的锁定的部分。
根据该方法的一个实施例，该方法可以包括为未响应于指令的容器运送车辆延伸分配的路线的锁定的部分。
根据该方法的一个实施例，分配的路线的锁定的部分可以沿着由MAPF算法建立的路线从容器运送车辆的当前位置延伸到目的地位置处的任务。
根据该方法的一个实施例，在运行MAPF算法期间，可以将锁定的路线排除在能用的路线的考虑之外。
根据该方法的一个实施例，由MAPF算法建立的每条路线之间的间隙可以适于在分配的路线上行驶的容器运送车辆的类型。
根据该方法的一个实施例，可以控制容器运送车辆的移动，以避免在目的地位置处可能出现的排队问题。
根据该方法的一个实施例，如果在目的地位置预见到排队问题，则可以重定向容器运送车辆。
根据该方法的一个实施例，容器运送车辆可以被重定向到容器运送车辆不存在或不朝向的位置或路线。
根据该方法的一个实施例，可以根据所承载的当前负载和容器运送车辆的状况来控制容器运送车辆的移动。
本发明进一步由一种用于控制在包括框架结构的自动存储和取回系统中对运送存储容器的容器运送车辆进行路由和重新路由的控制系统限定，该框架结构形成用于将存储容器存储在存储列中的三维存储网格结构，框架结构包括布置在具有轨道系统的存储列上方的基于网格的轨道系统，轨道系统为容器运送车辆将存储容器运送和转移到存储列和从存储列运送和转移存储容器提供能用的路线，并且其中，每个容器运送车辆包括第一组车轮和第二组车轮，第一组车轮被配置为沿着基于网格的轨道系统的第一横向方向(X)移动车辆，第二组车轮被配置为沿着基于网格的轨道系统的第二横向方向(Y)移动车辆，第二方向(Y)垂直于第一方向(X)。容器运送车辆的移动由控制系统控制，控制系统确定将由指定的容器运送车辆完成的任务、确定用于执行任务的目的地位置以及容器运送车辆将在轨道系统上行驶的路线。
控制系统包括：路由规划器，用于为容器运送车辆寻找最佳路线；数据库，用于保持跟踪存储容器的；主控制器，连接到发射机/接收机，其中，控制系统适于执行上述方法并用于向每个容器运送车辆传送控制指令。
本发明进一步由一种计算机程序产品限定，当由自动存储和取回系统的控制系统中的处理器执行时，执行上述方法，用于在自动存储和取回系统中对运送存储容器的容器运送车辆进行有效路由和重新路由。
附图说明
附上以下附图以促进对本发明的理解。附图示出了本发明的实施方式，现在仅以示例的方式对其进行描述，其中：
图1是现有技术的自动存储和取回系统的框架结构的透视图。
图2示出了用于控制在自动存储和取回系统上操作的容器运送车辆的控制系统的示例。
图3是示出用于对自动存储和取回系统的容器运送车辆的进行有效路由和重新路由的方法的不同步骤的流程图。
图4示出了根据先前和新路由的简单路由示例。
参考
1 自动存储和取回系统
100 框架结构
102 框架结构的直立构件
103 框架结构的水平构件
104 存储网格结构
105 存储列
106 存储容器
106’存储容器的具体位置
107 堆叠
108 轨道系统
110第一方向(X)上的平行轨道
110a第一方向(X)上的第一轨道
110b第一方向(X)上的第二轨道
111第二方向(Y)上的平行轨道
111a第二方向(Y)上的第一轨道
110b第二方向(Y)上的第二轨道
112 接入口
119 第一端口列
119’第一端口
120第二端口列
120’第二端口
200 路由规划器
201 容器运送车辆
210 数据库
220 主控制器
225发射机/接收机230 车辆控制器X 第一方向Y 第二方向Z 第三方向500 控制系统
具体实施方式
在以下描述中，将参考附图更详细地解释本发明。然而，应当理解，附图并非旨在将本发明限制于附图中描绘的主题。
参考图1，在上面的背景部分中描述了具有框架结构100的典型现有技术自动存储和取回系统1。
框架结构100可以是任何尺寸，并且可以理解，它可以比图1中公开的框架结构更宽和/或更长和/或更深。例如，框架结构100可以具有超过700×700的存储列105的水平范围和用于存储超过12个堆叠的存储容器106的存储深度，并且其中存储容器106由在轨道系统108上运行的数百个容器运送车辆201来运送。
此外，存储网格104可以比图1中公开的要深得多，图1中示出了八个存储容器106的堆叠。例如，存储网格104可以被设计为容纳十二个堆叠的存储容器106。
容器运送车辆201可以是本领域已知的任何类型，例如，在WO2014/090684A1、NO317366或WO2015/193278A1中公开的自动化容器运送车辆中的任何一种。
横过框架结构100的顶部布置的轨道系统108允许容器运送车辆201在存储列105和其正与之交互的端口之间水平移动，即，指示将存储容器106交付到或从其取回的端口。
自动存储和取回系统1包括框架结构100，框架结构100形成具有基于网格的轨道系统108的三维存储网格结构104用于将存储容器106存储在存储列105中，基于网格的轨道系统108布置在具有轨道系统108的存储列105上方，轨道系统108为容器运送车辆201将存储容器106运送到存储列105和从存储列105转移存储容器106提供能用的路线，并且其中，每个容器运送车辆201包括第一组车轮和第二组车轮，第一组车轮被配置为沿着基于网格的轨道系统的第一横向方向(X)移动车辆，第二组车轮被配置为沿着基于网格的轨道系统108的第二横向方向(Y)移动车辆，第二方向(Y)垂直于第一方向(X)，容器运送车辆的移动由控制系统500控制，控制系统确定将由指定的容器运送车辆201完成的任务、确定用于执行任务的目的地位置以及容器运送车辆201将在轨道系统108上行驶的路线。
图2示出了根据本发明的实施例的用于控制容器运送车辆201的控制系统500的示例。在该示例中，控制系统500包括主控制器220、用于保持跟踪存储容器106的数据库210、用于为容器运送车辆201寻找最佳路线的路由规划器200以及用于向每个容器运送车辆201传送指令的发射机/接收机225。该图示出了路由规划器200连接到数据库210。然而，这可能不是这种情况，因为路由规划器200可以从主控制器220接收所有必要的信息。
通常，控制系统500与中央计算机通信，其中命令和任务被传输到控制系统500。控制系统500进一步与每个容器运送车辆201中的车辆控制器230通信，并根据来自路由规划器200的输入来控制容器运送车辆201的交通流。优选地，例如，经由无线电信号、光信号无线地执行通信。
图3是示出用于对自动存储和取回系统1的容器运送车辆201进行有效路由和重新路由的方法400的不同步骤的流程图。
该方法的第一步骤410是在控制系统500中运行多智能体寻路算法MAPF，用于在轨道系统108上为容器运送车辆201建立和分配从其当前位置到目的地位置的分配任务的路线。
作为示例，例如，任务可以是拾取指定的存储容器106并将其带到位于另一位置的端口列。当几个容器运送车辆201接收不同的任务和目的地位置时，至关重要的是它们在轨道系统上所遵循的路线对于每个容器运送车辆201是唯一的，从而避免碰撞。
如引言中所述，MAPF用于寻找用于同时控制多个智能体的交通流而不发生冲突的路线。在现情况下，对于自动存储和取回系统1，智能体是容器运送车辆201。
控制系统500的不同模块可以被配置为执行和控制本文描述的方法的所有不同步骤的一个中央控制单元，或者被配置为彼此连接以构成控制系统500的独立单元。关于独立模块，如图2中的示例所示，名为路由规划器200的模块将是运行MAPF的模块，用于为容器运送车辆201寻找从它们的当前位置到它们的目的地的可行路线，并且用于锁定不能改变的路线的第一部分。为容器运送车辆201找到的结果路线被传送到主控制器220，主控制器220将经由发射机/接收机225根据建立的路线控制每个容器运送车辆。
MAPF可以用于为在基于网格的轨道系统108上操作的所有容器运送车辆201寻找路线，或者它可以用于选定的一组容器运送车辆201。
对于更大的自动存储和取回系统1，例如由数百个容器运送车辆201操作，一个或多个容器运送车辆201可以专用于执行特定任务并在它们遵循轨道系统108上的预设路线的分配区域中操作。
另一示例是根据轨道系统108的一个区域中的一个MAPF控制第一组容器运送车辆201，而根据轨道系统108的另一区域中的另一MAPF控制第二组或另一组容器运送车辆201。可以由不同的计算机系统并行执行不同的MAPF算法，以加快执行速度。
例如，执行特定专用任务的容器运送车辆201的示例是挖掘车辆，通过首先移除堆叠在存储列105中的特定存储容器106上方的其他存储容器106，准备特定存储容器106以供其他容器运送车辆201进一步运送。与其他容器运送车辆201相比，执行特定专用任务的容器运送车辆201可以具有不同的移动模式和速度。因此，这些可以单独控制，或者可以在路由决策中进行调整以考虑这些差异。
在执行该方法的第一步骤410(即，运行MAPF算法)之后，建立并分配容器运送车辆201的路线。这些路线从容器运送车辆201的当前位置运行到目的地位置的分配任务。
该方法的下一步骤420是确定容器运送车辆201在设定时间间隔内可以在分配的路线的第一部分上行驶多远。设定时间间隔的持续时间可以根据自动存储和取回系统1的大小和容器运送车辆201的数量来设定以包括在MAPF算法中。
根据一个实施例，设定时间间隔是对应于容器运送车辆201用于从其当前位置移动到轨道系统108上最接近的相邻存储列105上方的位置的时间间隔。如果容器运送车辆201刚刚经过存储列105上方的位置，它将不能改变方向，直到它到达下一个最近的相邻存储列。然后，时间间隔将是容器运送车辆201用于移动到最近的存储列105的时间，在该存储列，如果需要，容器运送车辆可以改变方向。
根据另一实施例，设定时间间隔对应于控制系统500用于运行MAPF算法的执行时间，即，用于建立路线，并指示容器运送车辆201沿着所建立的路线移动。这将提供最佳的路由方式，因为当容器运送车辆201到达锁定的路线的终点时，可能已经通过MAPF算法建立可能的新路线。因此，容器运送车辆201不必为了接收新的驾驶指令而停在锁定的路线的终点，而是可以继续并遵循第一分配的路线，或者在不停止的情况下被重新路由到新路线。
该方法的下一步骤430是锁定容器运送车辆201可以在设定时间间隔内行驶的分配的路线的第一部分。这意味着这部分路线不能被改变，而由MAPF建立的其余分配的路线可以被改变为从锁定的路线的终点位置开始的新路线。
下一步骤440指示容器运送车辆201在分配的锁定的路线上从它们的当前位置移动到终点位置。
对每个容器运送车辆201重复步骤410至440，直到它们完成了分配的任务。每次重复该方法时，可以将其视为迭代，其中每次迭代使得容器运送车辆210能够从MAPF在先前迭代中建立的路线重新路由。
根据该方法，容器运送车辆201可以在完成第一分配的任务之前容易地改变任务或目标的类型，或者可以添加新的活动容器运送车辆201用于在存储系统上操作。
根据本发明的一个实施例，如果容器运送车辆201被给予优先权，则延伸锁定的路线。这种情况的示例是当端口发出信号表示它准备好从容器运送车辆201接收存储容器106时。在这种情况下，由MAPF为容器运送车辆201确定的从其当前位置行驶到端口的完整路线被锁定，并且在完成分配的任务(例如，将存储容器交付到端口)之前不能改变。
根据本发明的另一实施例，如果容器运送车辆201未响应来自控制系统500的指令，则也延伸锁定的路线。这可能是由于有故障的容器运送车辆201造成的。它可能已经在其锁定的路线的某个地方停止，或者未响应指令，例如在锁定的路线的终点重新路由指令。如果是这样，则它可以继续沿着其分配的路线行驶到某个地方，即，分配的路线中未锁定的部分。通过锁定由MAPF建立的完整路线，其他容器运送车辆将避免与它相撞。
通过延伸锁定的路线以包括由MAPF算法建立的完整路线，即，从容器运送车辆201的当前位置到目的地位置的任务，避免了与其他容器运送车辆201的可能冲突。例如，当容器运送车辆201被给予优先权时，或者当端口发出信号表示它准备好与分配的容器运送车辆201交互时，这是有利的。
根据该方法的一个实施例，锁定的路线被排除在在MAPF算法中的执行之外。对于正常操作而没有优先权的容器运送车辆201，这意味着它们的当前位置被用作MAPF算法的输入，即，当前位置为锁定的路线提供一组终点位置。对于具有优先权的容器运送车辆201，或者有故障的容器运送车辆201，从MAPF算法中的进一步执行中排除到目的地位置的分配任务的完整建立的路线。
可以基于几个因素来确定哪些容器运送车辆被给予优先权。有些任务比其他任务对性能的影响更大。与分配用于将存储容器106交付到存储列105的容器运送车辆201相比，分配用于在端口中交付存储容器106的容器运送车辆201通常优先化。通常，首先为优先化的容器运送车辆201创建最佳路线。存在不同的路由算法来确定路线优先级和最佳路线。这些是基于成本函数和一组不同的输入参数，如到达目的地的时间和距离、分配任务的优先级、在端口的预期等待时间等。
如上所述，MAPF算法用于在轨道系统108上为容器运送车辆201建立和分配从其当前位置到目的地位置的任务的路线。输入到MAPF算法的是轨道系统108的布局、操作容器运送车辆201以及每个容器运送车辆201的当前位置和目的地位置。
根据该方法的一个实施例，MAPF算法的附加输入是例如由MAPF算法建立的每条路线之间所需的间隙，以提供足够的间隙来避免与边界(margin)的碰撞。所需间隙适合于用于任务的容器运送车辆201的类型以及在到达目的地位置的任务的路线上使用的轨道的类型。
双轨轨道配置允许两个容器运送车辆在两个相邻存储列105上的轨道上彼此通过。单轨轨道配置不允许容器运送车辆201通过，并且如果不可能将阻碍的容器运送车辆移开，则可能需要对应于两个通过的容器运送车辆201之间的至少一个存储列的占地面积的通过间隙。
根据该方法的一个实施例，进一步控制容器运送车辆201的移动，以避免在目的地位置可能出现的排队问题。这可以通过不同的方式实现。例如，如果预见到几个容器运送车辆201将大约同时到达同一端口，则可以对它们进行排序，并且可以降低排名最低的容器运送车辆201的行驶速度，或者可以将它们停在它们不碍事的位置，直到排名第一的容器运送车辆201已经完成其在端口的任务。例如，避免可预见的排队问题的另一种方式是重定向容器运送车辆以在其他目的地位置完成分配的任务，例如，在另一端口交付存储容器106。
存在具有不同的规格(如加速度、速度、最大负载)的不同的容器运送车辆。MAPF算法的附加输入可以是基于运输的存储容器106的重量和容器运送车辆201的状况(例如，电池电量低、磨损部件、车轮抓地力等)来提供被分配来执行任务的容器运送车辆201的类型以及容器运送车辆201上的当前负载的细节。这种附加输入可以影响如何控制容器运送车辆201的移动以及是否需要增加车辆之间的间隙。
图4示出了如何根据旧的路由方法建立路线以及如何根据上述改进的路由方法建立路线的简单示例。
R1和R2指示容器运送车辆1和2的当前位置。D1和D2指示容器运送车辆1和2的目的地位置。
在这个示例中，R1处的机器人1刚好在R2处的机器人2接收任务之前接收任务。根据先前的路由系统，将首先制定并锁定从机器人1的当前位置R1到其目的地D1的路线。接下来，将为机器人2制定路线，并且这使得它不与机器人1的已建立的锁定的路线冲突。如图4所示，机器人2的路线在行驶距离方面不是最佳的，因为它需要避开网格空间D1，并且可能需要避开从R1到D1的分配的路线上的任何其他锁定网格空间。
根据本文公开的改进路由方法，只有为容器运送车辆建立的路线的第一部分被锁定，而建立的路线的最后部分是可以改变的计划路线。这意味着当容器运送车辆到达锁定的路线的终点，并且再次运行MAPF算法时，它们可以重新路由，以从锁定的路线终点的当前起始位置遵循新路线。
因此，当通过MAPF算法建立机器人2的路线时，假设机器人1还没有到达第一锁定的部分的终点，机器人1的路线的最后部分将不会被锁定，从而为两个容器运送车辆产生最佳路线。
这种新的路由方式既灵活又有效，并且在给定容器运送车辆沿着分配的路线行进时，考虑所有容器运送车辆201在多个阶段到它们分配的目的地位置的所有路线。
本发明进一步由控制系统500限定，该控制系统500用于控制在自动存储和取回系统1中运送存储容器106的容器运送车辆201的有效路线和重新路由，如上面参考图1描述的那样。
上面参考图2描述了控制系统500。其进一步包括处理器，该处理器被布置用于运行计算机程序，该计算机程序在被执行时执行上述参考图3的方法，从而实现在自动存储和取回系统1中运送存储容器106的容器运送车辆201的有效地路由和重新路由。可以在路由规划器200中的处理器中运行计算机程序。

Claims (15)

1.一种用于在包括框架结构(100)的自动存储和取回系统中对运送存储容器(106)的容器运送车辆(201)进行路由和重新路由的方法，所述框架结构(100)形成用于将所述存储容器(106)存储在存储列(105)中的三维存储网格结构(104)，所述框架结构包括布置在具有轨道系统(108)的所述存储列(105)上方的基于网格的轨道系统(108)，所述轨道系统(108)为所述容器运送车辆(201)将所述存储容器(106)运送和转移到所述存储列(105)和从所述存储列(105)运送和转移所述存储容器(106)提供能用的路线，并且其中，每个容器运送车辆(201)包括第一组车轮和第二组车轮，所述第一组车轮被配置为沿着所述基于网格的轨道系统的第一横向方向(X)移动所述车辆，所述第二组车轮被配置为沿着所述基于网格的轨道系统(108)的第二横向方向(Y)移动所述车辆，第二方向(Y)垂直于第一方向(X)，所述容器运送车辆的移动由控制系统(500)控制，所述控制系统确定将由指定的容器运送车辆(201)完成的任务、确定用于执行所述任务的目的地位置以及所述容器运送车辆(201)将在所述轨道系统(108)上行驶的路线，
其特征在于，所述方法包括以下由所述控制系统(500)执行的步骤：
a.在所述控制系统(500)中运行(410)多智能体寻路算法MAPF，用于在所述轨道系统(108)上为所述容器运送车辆(201)建立和分配从所述容器运送车辆(201)的当前位置到目的地位置的分配任务的路线；
b.确定(420)所述容器运送车辆(201)在设定时间间隔内能够在分配的路线的第一部分上行驶多远，所述第一部分比到所述目的地的所分配的路线短；
c.锁定(430)所述容器运送车辆(201)能够在所述设定时间间隔内行驶的所分配的路线的所述第一部分；
d.指示(440)所述容器运送车辆(201)在分配的锁定的路线上从所述容器运送车辆(201)的当前位置移动到终点位置；
e.重复步骤a)至d)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中所述设定时间间隔的上限对应于所述控制系统(500)用于执行MAPF算法并指示所述容器运送车辆(201)根据建立的路线移动的执行时间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤b)中所述设定时间间隔的上限是所有容器运送车辆(201)从当前位置移动到位于所述轨道系统(108)上的在所述容器运送车辆(201)能够改变方向的最近的存储列(105)上方的位置所经过的时间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤b)中所述设定时间间隔的持续时间根据所述自动存储和/或取回系统的大小和容器运送车辆(201)的数量来设定以包括在MAPF算法中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括为被给予优先权的容器运送车辆(201)延伸所分配的路线的锁定的部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括为未响应于指令的容器运送车辆(201)延伸所分配的路线的锁定的部分。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所分配的路线的锁定的部分沿着由MAPF算法建立的所述路线从所述容器运送车辆(201)的所述当前位置延伸到所述目的地位置处的所述任务。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在运行MAPF算法期间，将锁定的路线排除在能用的路线的考虑之外。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由MAPF算法建立的每条路线之间的间隙适于在所分配的路线上行驶的容器运送车辆(201)的类型。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制所述容器运送车辆(201)的所述移动，以避免在所述目的地位置处有可能出现的排队问题。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，如果在所述目的地位置预见到所述排队问题，则重定向容器运送车辆(201)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述容器运送车辆(201)被重定向到容器运送车辆(201)不存在或不朝向的位置或路线。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述容器运送车辆(201)的类型、所承载的当前负载和所述容器运送车辆(201)的状况来控制所述容器运送车辆(201)的所述移动。
14.一种控制系统(500)系统，用于控制在包括框架结构(100)的自动存储和取回系统中对运送存储容器(106)的容器运送车辆(201)进行有效路由和重新路由，所述框架结构(100)形成用于将所述存储容器(106)存储在存储列(105)中的三维存储网格结构(104)，所述框架结构(100)包括布置在具有轨道系统(108)的所述存储列(105)上方的基于网格的轨道系统(108)，所述轨道系统(108)为所述容器运送车辆(201)将所述存储容器(106)运送和转移到所述存储列(105)和从所述存储列(105)运送和转移所述存储容器(106)提供能用的路线，并且其中，每个容器运送车辆(201)包括第一组车轮和第二组车轮，所述第一组车轮被配置为沿着所述基于网格的轨道系统的第一横向方向(X)移动所述车辆，所述第二组车轮被配置为沿着所述基于网格的轨道系统(108)的第二横向方向(Y)移动所述车辆，第二方向(Y)垂直于第一方向(X)，所述容器运送车辆的移动由控制系统(500)控制，所述控制系统确定将由指定的容器运送车辆(201)完成的任务、确定用于执行所述任务的目的地位置以及所述容器运送车辆(201)将在所述轨道系统(108)上行驶的路线，其中，
所述控制系统(500)包括：路由规划器(200)，用于为所述容器运送车辆(201)寻找最佳路线；数据库(210)，用于保持跟踪所述存储容器(106)；主控制器(220)，连接到发射机/接收机(225)，其中，所述控制系统(500)适于执行根据权利要求1至13所述的方法并向每个容器运送车辆(201)传送控制指令。
15.一种计算机程序产品，当由自动存储和取回系统(1)的控制系统(500)中的处理器执行时，执行根据权利要求1至13所述的方法，用于在自动存储和取回系统中对运送存储容器(106)的容器运送车辆(201)进行有效路由和重新路由。
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