基于区域自治的多RGV运行仿真与集群控制系统研发

发布时间：2020-04-21 23:46

【摘要】：医用RGV(Rail Guided Vehicle)是医院轨道物流传输系统中的运输载体。随着现代化医院建设规模的日益增大,单RGV系统已经难以满足医院运输需求,多RGV系统将得到更为广泛的应用。本文在现有医院轨道物流传输系统硬件平台的基础上,比照多AGV(Automated Guided Vehicle)系统的研究现状,对多RGV系统的集群控制及运行仿真技术进行了研究。主要研究成果及创新点如下:(1)总结分析多AGV系统控制体系结构,指出了集中式系统和分布式系统的优缺点,建立了基于区域自治控制模型的多RGV控制系统体系结构,并根据系统的体系结构及消息流程,提出了基于ZigBee技术及以太网技术相结合的通信方案。(2)针对大型医院轨道物流传输系统,采用图论的方法对多RGV运行地图进行了建模,进而通过引入边缘节点以及进行区域划分,构建了区域自治地图模型。(3)在对物流任务进行分解和对传统的集中式规划算法进行分析的基础上,提出了一种增加启发式策略的分布式两阶段动态路径规划算法,同时提出了基于等待时间最短原则的车辆分配策略与基于最短行驶距离的空车调度策略,并通过仿真实验证明了所提出的算法与策略具有较高的运行效率。(4)基于OSG(OpenSceneGraph)三维渲染引擎,开发了多RGV三维运行仿真平台,完成了多RGV系统中央虚拟监控软件、区域控制器软件、站点控制器软件、虚拟小车仿真控制器的开发,搭建了半实物仿真实验系统,对所设计的集群控制系统进行了仿真实验,实现了医院轨道物流传输系统的可视化监控,并证明了所提出的技术方法的正确性。
【图文】：

在我国传统的医院物流传输形式多为“人手+手推车+电梯”实现[1]。这种物流式严重影响了院内物资传输的效率，同时在安全性、可靠性、卫生性上都存在着极大弊端，以适应现代化大型医院的物流传输需求。发达国家由于人工成本较高，因而在物流传输系统的领域应用时间较早，自 20 世纪 60 代起便将自动化物流传输系统引入了医院，且应用广泛、类型齐全[2]。资料显示，截至 20 世末欧洲便有超过 1 万套自动化物流传输系统投入使用，日本也有超过 3000 家医院装备了类似系统。如图 1.1 所示，常见的医院物流传输系统主要包括轨道式物流传输系统、气动式管道流传输系统、自动导引车(AGV)式传输系统、以及箱式物流传输系统[3]。(a)轨道式物流传输系统 (b)管道式物流传输系统

南京航空航天大学硕士学位论文3图 1.2 医院轨道物流传输系统组成示意图1.2.2 自动导引车(AGV)运输系统的应用现状由于无需架设轨道，且导引方式、驱动形式多种多样[7]，如图 1.3 所示，相比医院轨道物流运输系统仅在医院物流领域具备独特优势，自动导引车(AGV)系统在各行各业都有广泛应用，其中最为常见的两个行业是制造业和物流仓储行业。在制造业中，由于多个 AGV 可组成柔性物流搬运系统，并协作完成生产线上的物流搬运任务，因而可以很大程度提高生产效率。在物流仓储行业中，近年来电商行业的蓬勃发展促使自动化仓库的规模日益庞大，导致为完成物流任务所需配置的 AGV 数量也日益增多。如何在仓库规模的不断扩建和订单任务数量指数式增长情况下，实现系统对大规模任务的快速响应和多机器人执行运输任务的实时性及高效性，，是未来的主要研究目标[8]。目前在物流仓储领域国内外应用比较成熟的AGV运输系统主要包括亚马逊的Kiva 系统及阿里的菜鸟物流，海康威视的阡陌机器人系统等。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273

【参考文献】

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本文编号：2635877