多AGV系統(tǒng)的組合導航控制與調(diào)度方法研究.pdf

1、自動導引車輛(Automated Guided Vehicle，AGV)是柔性制造產(chǎn)業(yè)中的重要組成部分，而導航控制與調(diào)度方法則是AGV設計的核心關(guān)鍵技術(shù)。AGV組合導航系統(tǒng)通過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時高效地規(guī)劃出最優(yōu)路徑。一個優(yōu)秀的調(diào)度系統(tǒng)能實現(xiàn)精確定位、快速響應并能及時處理障礙、沖突等事件。在理論上，本問題屬于組合優(yōu)化問題，本文研究的帶時間窗的車間實時調(diào)度問題相比一般的調(diào)度優(yōu)化問題，在問題描

2、述、數(shù)學建模、優(yōu)化計算等方面更困難;在工程應用上，本文提出的方法使系統(tǒng)運行狀態(tài)更加透明，有效解決了實時車間調(diào)度問題，具有重要的工程應用價值。本文在國家自然科學基金項目的資助下，以組合導航AGV為研究對象，研究AGV組合導航定位技術(shù)以及多AGV系統(tǒng)中多工況下的實時調(diào)度方法。論文以組合導航下多AGV系統(tǒng)調(diào)度任務的執(zhí)行過程為主線，研究了慣性單元和磁單元組合導航定位技術(shù)和靜態(tài)調(diào)度、實時調(diào)度、出現(xiàn)故障三種車間調(diào)度問題的求解框架。
　　本研究

3、主要內(nèi)容包括：⑴以基于LPC2388設計的工業(yè)控制器、傳感器MPU9255和MS20-150磁感應器為硬件設計平臺，研究AGV組合導航定位中的四個關(guān)鍵技術(shù):AGV姿態(tài)解算，檢測信號的濾波去噪，AGV運動學模型推導和組合導航定位方法。本文選擇四元數(shù)法進行姿態(tài)解算，采用互補濾波算法通過加速度計和磁力計測量值修正姿態(tài)。同時，本文建立了雙輪差速驅(qū)動AGV的運動模型，并根據(jù)磁釘已知的絕對位置校正AGV的位置和航向，實現(xiàn)AGV的精確導航定位。⑵以靜

4、態(tài)車間AGV調(diào)度問題為研究對象，搭建了兩階段車間調(diào)度系統(tǒng)求解框架解決了系統(tǒng)實時運行狀態(tài)獲取、離線最短路徑庫生成、在線最優(yōu)調(diào)度方案生成三個關(guān)鍵技術(shù)。其中，離線階段通過路徑生成規(guī)則和圖論中Dijkstra算法構(gòu)建最短路徑庫，避免在線調(diào)度階段解的質(zhì)量不高;在線階段通過結(jié)合交通規(guī)則法、預測式避碰方法控制系統(tǒng)中各節(jié)點、路段上AGV的通過時間，并采用改進微遺傳算法在綜合考慮運行時間、停車次數(shù)、轉(zhuǎn)彎次數(shù)的情況下解決多AGV系統(tǒng)的靜態(tài)車間調(diào)度問題。⑶以

5、實時車間AGV調(diào)度問題為研究對象，提出相應的方案分別求解車間無障礙、車間路段故障、車間節(jié)點故障三種車間實時調(diào)度問題，并通過算例進行了驗證。測試表明，實時調(diào)度方案一般在10-12代左右收斂，而車間出現(xiàn)故障時由于路徑庫中的AGV備選路徑數(shù)目降低，路徑優(yōu)化計算過程收斂速度加快，便于實現(xiàn)系統(tǒng)快速響應。同時，優(yōu)化過程中調(diào)度方案的適應度值逐步提高，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)中的車間地圖生成、無