多AGV系统的组合导航控制与调度方法研究

发布时间：2017-07-04 23:12

  本文关键词：多AGV系统的组合导航控制与调度方法研究

  更多相关文章： 多AGV系统 组合导航 惯性导航 互补滤波 路径规划 调度方法

【摘要】：自动导引车辆(Automated Guided Vehicle, AGV)是柔性制造产业中的重要组成部分,而导航控制与调度方法则是AGV设计的核心关键技术。AGV组合导航系统通过滤波融合处理多种传感器采集的数据,而AGV调度则在满足约束条件下实时高效地规划出最优路径。一个优秀的调度系统能实现精确定位、快速响应并能及时处理障碍、冲突等事件。在理论上,本问题属于组合优化问题,本文研究的带时间窗的车间实时调度问题相比一般的调度优化问题,在问题描述、数学建模、优化计算等方面更困难；在工程应用上,本文提出的方法使系统运行状态更加透明,有效解决了实时车间调度问题,具有重要的工程应用价值。本文在国家自然科学基金项目的资助下,以组合导航AGV为研究对象,研究AGV组合导航定位技术以及多AGV系统中多工况下的实时调度方法。论文以组合导航下多AGV系统调度任务的执行过程为主线,研究了惯性单元和磁单元组合导航定位技术和静态调度、实时调度、出现故障三种车间调度问题的求解框架。论文的主要工作如下：(1)以基于LPC2388设计的工业控制器、传感器MPU9255和MS20-150磁感应器为硬件设计平台,研究AGV组合导航定位中的四个关键技术：AGV姿态解算,检测信号的滤波去噪,AGV运动学模型推导和组合导航定位方法。本文选择四元数法进行姿态解算,采用互补滤波算法通过加速度计和磁力计测量值修正姿态。同时,本文建立了双轮差速驱动AGV的运动模型,并根据磁钉已知的绝对位置校正AGV的位置和航向,实现AGV的精确导航定位。(2)以静态车间AGV调度问题为研究对象,搭建了两阶段车间调度系统求解框架解决了系统实时运行状态获取、离线最短路径库生成、在线最优调度方案生成三个关键技术。其中,离线阶段通过路径生成规则和图论中Dijkstra算法构建最短路径库,避免在线调度阶段解的质量不高；在线阶段通过结合交通规则法、预测式避碰方法控制系统中各节点、路段上AGV的通过时间,并采用改进微遗传算法在综合考虑运行时间、停车次数、转弯次数的情况下解决多AGV系统的静态车间调度问题。(3)以实时车间AGV调度问题为研究对象,提出相应的方案分别求解车间无障碍、车间路段故障、车间节点故障三种车间实时调度问题,并通过算例进行了验证。测试表明,实时调度方案一般在10-12代左右收敛,而车间出现故障时由于路径库中的AGV备选路径数目降低,路径优化计算过程收敛速度加快,便于实现系统快速响应。同时,优化过程中调度方案的适应度值逐步提高,显著地减少了堵塞次数和转弯次数,提高了系统的效率和稳定性。此外,本文介绍了调度系统中的车间地图生成、无线信息传输和AGV调度控制模块,并通过仿真模块对调度系统中相关功能进行了验证。本文给出了多AGV系统组合导航定位问题和实时调度问题的求解方法,并且给出了调度系统中组合导航硬件部分,路径优化算法以及软件部分调度相关功能实现的的关键技术及系统原型。本文方法有助于解决生产车间内的多AGV调度问题,可望推广应用于港口、机场、物流仓储等其他领域的多AGV调度问题求解。
【关键词】：多AGV系统 组合导航 惯性导航 互补滤波 路径规划 调度方法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP23
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 多AGV系统发展状况11-13
• 1.3 AGV组合导航控制问题概述13-15
• 1.3.1 AGV组合导航控制问题简介13
• 1.3.2 AGV组合导航控制问题研究进展13-15
• 1.4 AGV调度方法问题概述15-17
• 1.4.1 AGV调度问题简介15-16
• 1.4.2 AGV调度问题研究进展16-17
• 1.5 论文内容安排17-20
• 2 AGV组合导航控制方法20-27
• 2.1 惯性元件导引技术研究20-23
• 2.1.1 四元数法姿态解算20-21
• 2.1.2 互补滤波姿态修正21-23
• 2.2 双轮差速驱动AGV运动模型23-25
• 2.3 组合导航定位技术研究25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 基于微遗传算法的多AGV系统静态车间调度方法研究27-41
• 3.1 多AGV系统静态车间调度模型描述27-28
• 3.2 带时间窗的静态车间调度求解策略28-30
• 3.3 离线阶段最短路径库生成30-31
• 3.4 静态调度下在线路径规划31-36
• 3.4.1 基于微遗传算法的车辆调度问题系统结构31-34
• 3.4.2 基于交通规则避碰的调度方案适应度计算34-36
• 3.5 AGV静态车间调度算例测试36-40
• 3.6 本章小结40-41
• 4 带时间窗的AGV车间实时调度方法研究41-58
• 4.1 车间无AGV出现故障情况下的车辆调度41-46
• 4.1.1 车间无故障时AGV调度求解策略41-43
• 4.1.2 车间无故障时AGV调度算例测试43-46
• 4.2 车间路段存在AGV故障情况下的车辆调度46-50
• 4.2.1 路段存在AGV故障时AGV调度求解策略46-48
• 4.2.2 路段存在AGV故障时AGV调度算例测试48-50
• 4.3 车间节点存在AGV故障情况下的车辆调度50-53
• 4.3.1 节点存在AGV故障时AGV调度求解策略50-51
• 4.3.2 节点存在AGV故障时AGV调度算例测试51-53
• 4.4 AGV调度系统调度模块研究53-56
• 4.4.1 车间地图建模54-55
• 4.4.2 通讯交互模块55-56
• 4.4.3 AGV调度仿真56
• 4.5 本章小结56-58
• 5 总结及展望58-60
• 5.1 本文工作总结58-59
• 5.2 后续研究展望59-60
• 参考文献60-64
• 附录A 静态车间调度AGV节点的理想和实际到达时间表64-66
• 附录B 车间无AGV故障节点的理想和实际到达时间表66-68
• 附录C 车间路段存在AGV故障时节点的理想和实际到达时间表68-69
• 附录D 车间节点存在AGV故障时节点的理想和实际到达时间表69-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

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本文编号：519683