多AGV系統(tǒng)的組合導(dǎo)航控制與調(diào)度方法研究.pdf

1、自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)輛(Automated Guided Vehicle，AGV)是柔性制造產(chǎn)業(yè)中的重要組成部分，而導(dǎo)航控制與調(diào)度方法則是AGV設(shè)計(jì)的核心關(guān)鍵技術(shù)。AGV組合導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)濾波融合處理多種傳感器采集的數(shù)據(jù)，而AGV調(diào)度則在滿足約束條件下實(shí)時(shí)高效地規(guī)劃出最優(yōu)路徑。一個(gè)優(yōu)秀的調(diào)度系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)精確定位、快速響應(yīng)并能及時(shí)處理障礙、沖突等事件。在理論上，本問(wèn)題屬于組合優(yōu)化問(wèn)題，本文研究的帶時(shí)間窗的車(chē)間實(shí)時(shí)調(diào)度問(wèn)題相比一般的調(diào)度優(yōu)化問(wèn)題，在問(wèn)題描

2、述、數(shù)學(xué)建模、優(yōu)化計(jì)算等方面更困難;在工程應(yīng)用上，本文提出的方法使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)更加透明，有效解決了實(shí)時(shí)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，以組合導(dǎo)航AGV為研究對(duì)象，研究AGV組合導(dǎo)航定位技術(shù)以及多AGV系統(tǒng)中多工況下的實(shí)時(shí)調(diào)度方法。論文以組合導(dǎo)航下多AGV系統(tǒng)調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程為主線，研究了慣性單元和磁單元組合導(dǎo)航定位技術(shù)和靜態(tài)調(diào)度、實(shí)時(shí)調(diào)度、出現(xiàn)故障三種車(chē)間調(diào)度問(wèn)題的求解框架。
　　本研究

3、主要內(nèi)容包括：⑴以基于LPC2388設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器、傳感器MPU9255和MS20-150磁感應(yīng)器為硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)，研究AGV組合導(dǎo)航定位中的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù):AGV姿態(tài)解算，檢測(cè)信號(hào)的濾波去噪，AGV運(yùn)動(dòng)學(xué)模型推導(dǎo)和組合導(dǎo)航定位方法。本文選擇四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)解算，采用互補(bǔ)濾波算法通過(guò)加速度計(jì)和磁力計(jì)測(cè)量值修正姿態(tài)。同時(shí)，本文建立了雙輪差速驅(qū)動(dòng)AGV的運(yùn)動(dòng)模型，并根據(jù)磁釘已知的絕對(duì)位置校正AGV的位置和航向，實(shí)現(xiàn)AGV的精確導(dǎo)航定位。⑵以靜

4、態(tài)車(chē)間AGV調(diào)度問(wèn)題為研究對(duì)象，搭建了兩階段車(chē)間調(diào)度系統(tǒng)求解框架解決了系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)獲取、離線最短路徑庫(kù)生成、在線最優(yōu)調(diào)度方案生成三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。其中，離線階段通過(guò)路徑生成規(guī)則和圖論中Dijkstra算法構(gòu)建最短路徑庫(kù)，避免在線調(diào)度階段解的質(zhì)量不高;在線階段通過(guò)結(jié)合交通規(guī)則法、預(yù)測(cè)式避碰方法控制系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)、路段上AGV的通過(guò)時(shí)間，并采用改進(jìn)微遺傳算法在綜合考慮運(yùn)行時(shí)間、停車(chē)次數(shù)、轉(zhuǎn)彎次數(shù)的情況下解決多AGV系統(tǒng)的靜態(tài)車(chē)間調(diào)度問(wèn)題。⑶以

5、實(shí)時(shí)車(chē)間AGV調(diào)度問(wèn)題為研究對(duì)象，提出相應(yīng)的方案分別求解車(chē)間無(wú)障礙、車(chē)間路段故障、車(chē)間節(jié)點(diǎn)故障三種車(chē)間實(shí)時(shí)調(diào)度問(wèn)題，并通過(guò)算例進(jìn)行了驗(yàn)證。測(cè)試表明，實(shí)時(shí)調(diào)度方案一般在10-12代左右收斂，而車(chē)間出現(xiàn)故障時(shí)由于路徑庫(kù)中的AGV備選路徑數(shù)目降低，路徑優(yōu)化計(jì)算過(guò)程收斂速度加快，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速響應(yīng)。同時(shí)，優(yōu)化過(guò)程中調(diào)度方案的適應(yīng)度值逐步提高，顯著地減少了堵塞次數(shù)和轉(zhuǎn)彎次數(shù)，提高了系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。此外，本文介紹了調(diào)度系統(tǒng)中的車(chē)間地圖生成、無(wú)