仓储式多AGV动态调度系统研究

发布时间：2020-05-04 08:47

【摘要】：智能仓储系统作为现代工业体系中仓储物流环节不可或缺的核心组成部分,正在由机械自动化向着机器人智能化水平不断发展,尤其是近些年来电商、快递等新兴行业的繁荣带动作用,极大促进了智能仓储系统的智能化、信息化建设进程,仓储式多AGV被广泛使用,它可代替拣选人员高效作业,实现作业环节的有效衔接。如何发挥多AGV的协同作业能力,提升系统效率,是该领域的核心与重点研究内容。本文基于在线任务调度模式,以通用仓储空间环境模型为对象,对智能仓储系统的空间建模、路径规划、任务分配与调度问题进行深入研究,以期实现一种高效的仓储式多AGV动态调度系统。本文的主要研究内容如下:首先,研究智能仓储AGV调度系统的结构组成,并对系统需要实现的功能进行设计,通过分析通用仓储空间的布局特点及实现功能,构建双层控制体系的仓储空间地图模型,实现AGV的定位、导航与可视化管理控制功能。然后,基于已建立的通用仓储空间模型,以分析单AGV路径规划算法性能及适用范围为基础,确定不同算法对于多AGV动态系统的改进价值。针对AGV间复杂作用关系,提出一种自动调整AGV优先级顺序的改进算法,利用交管规则从时间和空间上解决冲突。为进一步改善交通拥堵状况,提升系统动态性和系统柔性,提出一种多步前瞻性启发算法,增量式迭代规划出最优路径,提前预防拥堵、解决冲突和减少规划损失。随后,分析多AGV调度系统的任务分配模式、作业流程及任务调度约束条件,在满足系统作业特性的前提下,以最小化最大任务完成时间为主要目标,提出两种分别考虑系统整体规划性能和实时规划性能的动态任务调度策略,从不同角度建立复合指标的数学模型,解决不同工况下的动态任务调度问题,实现系统整体性能最优的任务调度。最后,基于QT图形化程序开发框架,结合仓储式多AGV动态路径规划算法和调度策略的理论研究成果,实现一种包括地图管理、任务管理、系统管理的仓储式多AGV调度系统上位机管理软件,并进行模拟工况运行的应用验证,提出不同工况下的指导性工作模式方案。
【图文】：

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.3.1 智能仓储系统研究应用现状智能仓储系统是“工业 4.0”的核心组成部分，被业界寄予厚望，电商的高展加速了仓储系统智能化建设进程[5]。基于“货人”思想的智能仓储系统被应用于仓储物流各个环节，不仅大幅削减了人员劳动强度，而且在提升仓储利用率和节省人工成本等方面具有明显优势。智能化物流装备是实现系统功物质基础，，随着相关技术的发展，涌现出大量智能化物流装备。除仓储 AGV外，比较主流的“货人”系统的智能化装备还包括下图 1-1 所示的堆垛机层穿梭车、旋转货架、自动分拣机[6]。a) 堆垛机 b) 多层穿梭车

c) 快仓 d) 海康图 1-2 智能仓储 AGV 系统随着新技术的革新与融合，AGV 的功能及性能得到极大的改进和提升，GV 产品的技术水平相对成熟，发挥多 AGV 的协同作业能力才是该领域的研心与重点，AGV 间的任务分配、调度策略和路径规划方式决定了多 AGV 系整体性能[8]。为了对多 AGV 系统进行整体研究，首先要建立合理的系统模型。小型 A统模型相对简单，可以有选择地忽略一些次要因素；但是大型 AGV 系统易产P 完备性、拥堵和死锁等问题，极大增加了控制系统的复杂程度，为建模过程了更高要求。由于实际系统过于复杂，大多数研究者未考虑任务延时、AGV和行驶速度波动等情况，都只将系统抽象成理想的静态调度模型，很少研究实时工况、位置信息的动态调度模型。仓储 AGV 系统在工作过程中需要管理大量 AGV 的运行，处理海量的订单，系统复杂度的增加极大影响任务处理速度和 AGV 运行效果。业内虽然对仓GV 系统的研究极为关注，但由于各大厂商在软件和算法方面的弱势，缺少具好鲁棒性的设计与控制算法,仓储 AGV 系统在实际应用中常采取简单的控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：F274;TP23

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