基于冲突的仓储多移动机器人协调路径规划研究
发布时间：2021-06-13 14:30
当前,我国经济社会发展进入了新时代,以网上购物为代表的中国“新四大发明”让我们的生活变得更加便捷舒适。传统的仓储配送中心往往依靠人力进行运送和分拣货物,任务时间长、工作效率低,不能满足高吞吐量的仓储需求。通过建立一种多移动机器人的仓储系统,可以大大提升整个仓储中心的工作效率,从而更加迅速的将商品送达到客户手中。为了让整个仓储系统能够高效安全的运行,移动机器人在行驶期间必须不产生路径冲突,因此多移动机器人的协调路径规划问题是一个重要的研究方向。本文主要研究移动机器人仓储系统中多个机器人之间的协调路径规划问题。本文先从单机器人路径规划问题着手,找到在单机器人路径规划中比较好的方法,进而将其应用到多机器人路径规划问题中。针对多个移动机器人路径之间存在的冲突,本文采用一种双层路径规划算法,在低层搜索中为每个机器人规划出一条最优行驶路径,在高层搜索中解决机器人路径之间的冲突,最后保证机器人能够无冲突的到达目标点。根据具体运动情况的不同,机器人的行驶方式也有所不同,本文将其分类为均匀行驶方式和非均匀行驶方式,其主要差异在于是否将时间划分为单个时间步长,并且每个动作是否是单步执行的。本文分别在两种机...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
KIVA拣选系统
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-两到三倍。此外，该系统还消除了拣货员在仓库中行走以及搜索物品的任务，极大地节省了时间。图1-1KIVA拣选系统为了能够让移动机器人仓储系统更加高效、准确、安全的运行，各个移动机器人之间的协调配合是一个非常关键的问题。只有让多个移动机器人在目的上具有一致性，才能保证系统能有序地完成各项任务，否则会造成系统运行效率的降低甚至瘫痪[4]。其中，多移动机器人的协调路径规划问题是一个重要的研究方向，它是移动机器人仓储系统成功的重要因素之一。多移动机器人路径规划问题是指，在已知环境中为多个移动机器人找到从起始点到目标点的无碰撞的路径。在完成各自任务的情况下，我们希望移动机器人到达目标点的时间最短、行驶路径最优。路径规划问题不仅在机器人行业有深入研究，在计算机游戏[5]、无人机编队[6]、自动跨运车等领域也有广泛的探讨与应用。如图1-2所示。在本文中，将重点讨论移动机器人仓储系统中的机器人路径规划问题，通过多种路径规划方法的实验与改进，找到适用于移动机器人仓储系统的多机器人路径规划方法，从而让系统能够持续稳健地运行工作。移动机器人仓储系统不仅在电子商务领域能发挥重要作用，在医药、烟草行业也具有广泛应用。这些行业的物流体系都具有商品种类多、规模孝多批次、需要快速处理的特点，因此该系统的功能正好能满足这些行业的实际需求。这对于提高国内生产总值、加速我国智能制造技术发展具有重要的现实意义。a)计算机游戏b)无人机编队c)自动跨运车图1-2路径规划问题的应用领域
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-第2章移动机器人仓储系统及其路径规划问题2.1移动机器人仓储系统移动机器人仓储系统一般由如下几个元素组成：（1）库存区：在该区域中存放着一定数量的货架；（2）取货区：工作人员在此处取出货架中的商品；（3）补货区：工作人员在此处补充货架中的商品；（4）若干货架：每个货架有好几层，用来存放规定类别的商品；（5）若干移动机器人：移动机器人具有顶升结构，有一定的承载能力，可以移动到货架下方并搬运装有商品的货架到制定的位置。根据文献[36]的描述，系统的基本运营要求是：从供应商处接收库存单元（StockKeepingUnits,SKU），存储SKU；接收客户的订单，取出SKU并装配它们以便装运；把已完成的订单运送给客户。这样的运营要求让系统采用的方法是使用Pod（类似货架的存储单元）来存储库存单元，并通过移动机器人将这些Pod带到补货站和拣货站以完成相应的操作，因为它们在商品的存入和提取交易中是必需的。如图2-1所示，Pod位于库存中心布局中央的存储区域。机器人通过寻迹航点或者二维码来把Pod运送到左侧的补货站，在那里新的物品将被存入到Pod中。之后，Pod被运回存储区域。在右侧的订单拣选站会执行相似的操作，物品将会被拣选出来从而完成订单任务。移动机器人通过航点进行引导，航点通常通过类似于网格的图形连接，但也不限于此。图2-1移动机器人仓储系统简化图
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能仓库中的多机器人协同路径规划方法[J]. 张丹露,孙小勇,傅顺,郑彬. 计算机集成制造系统. 2018(02)
[2]基于粒子群优化算法的移动机器人全局路径规划[J]. 孙波,陈卫东,席裕庚. 控制与决策. 2005(09)
[3]动态环境下多移动机器人路径规划的一种新方法[J]. 薄喜柱,洪炳熔. 机器人. 2001(05)
博士论文
[1]多机器人系统任务分配及编队控制研究[D]. 柳林.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于强化学习的移动机器人路径规划研究[D]. 许亚.山东大学 2013
[2]多移动机器人路径规划避碰和协调研究[D]. 李静.上海交通大学 2007
本文编号：3227710
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
KIVA拣选系统
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-两到三倍。此外，该系统还消除了拣货员在仓库中行走以及搜索物品的任务，极大地节省了时间。图1-1KIVA拣选系统为了能够让移动机器人仓储系统更加高效、准确、安全的运行，各个移动机器人之间的协调配合是一个非常关键的问题。只有让多个移动机器人在目的上具有一致性，才能保证系统能有序地完成各项任务，否则会造成系统运行效率的降低甚至瘫痪[4]。其中，多移动机器人的协调路径规划问题是一个重要的研究方向，它是移动机器人仓储系统成功的重要因素之一。多移动机器人路径规划问题是指，在已知环境中为多个移动机器人找到从起始点到目标点的无碰撞的路径。在完成各自任务的情况下，我们希望移动机器人到达目标点的时间最短、行驶路径最优。路径规划问题不仅在机器人行业有深入研究，在计算机游戏[5]、无人机编队[6]、自动跨运车等领域也有广泛的探讨与应用。如图1-2所示。在本文中，将重点讨论移动机器人仓储系统中的机器人路径规划问题，通过多种路径规划方法的实验与改进，找到适用于移动机器人仓储系统的多机器人路径规划方法，从而让系统能够持续稳健地运行工作。移动机器人仓储系统不仅在电子商务领域能发挥重要作用，在医药、烟草行业也具有广泛应用。这些行业的物流体系都具有商品种类多、规模孝多批次、需要快速处理的特点，因此该系统的功能正好能满足这些行业的实际需求。这对于提高国内生产总值、加速我国智能制造技术发展具有重要的现实意义。a)计算机游戏b)无人机编队c)自动跨运车图1-2路径规划问题的应用领域
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-第2章移动机器人仓储系统及其路径规划问题2.1移动机器人仓储系统移动机器人仓储系统一般由如下几个元素组成：（1）库存区：在该区域中存放着一定数量的货架；（2）取货区：工作人员在此处取出货架中的商品；（3）补货区：工作人员在此处补充货架中的商品；（4）若干货架：每个货架有好几层，用来存放规定类别的商品；（5）若干移动机器人：移动机器人具有顶升结构，有一定的承载能力，可以移动到货架下方并搬运装有商品的货架到制定的位置。根据文献[36]的描述，系统的基本运营要求是：从供应商处接收库存单元（StockKeepingUnits,SKU），存储SKU；接收客户的订单，取出SKU并装配它们以便装运；把已完成的订单运送给客户。这样的运营要求让系统采用的方法是使用Pod（类似货架的存储单元）来存储库存单元，并通过移动机器人将这些Pod带到补货站和拣货站以完成相应的操作，因为它们在商品的存入和提取交易中是必需的。如图2-1所示，Pod位于库存中心布局中央的存储区域。机器人通过寻迹航点或者二维码来把Pod运送到左侧的补货站，在那里新的物品将被存入到Pod中。之后，Pod被运回存储区域。在右侧的订单拣选站会执行相似的操作，物品将会被拣选出来从而完成订单任务。移动机器人通过航点进行引导，航点通常通过类似于网格的图形连接，但也不限于此。图2-1移动机器人仓储系统简化图
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能仓库中的多机器人协同路径规划方法[J]. 张丹露,孙小勇,傅顺,郑彬. 计算机集成制造系统. 2018(02)
[2]基于粒子群优化算法的移动机器人全局路径规划[J]. 孙波,陈卫东,席裕庚. 控制与决策. 2005(09)
[3]动态环境下多移动机器人路径规划的一种新方法[J]. 薄喜柱,洪炳熔. 机器人. 2001(05)
博士论文
[1]多机器人系统任务分配及编队控制研究[D]. 柳林.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于强化学习的移动机器人路径规划研究[D]. 许亚.山东大学 2013
[2]多移动机器人路径规划避碰和协调研究[D]. 李静.上海交通大学 2007
本文编号：3227710
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