本文關(guān)鍵詞：多AGV系統(tǒng)的組合導(dǎo)航控制與調(diào)度方法研究

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【摘要】：自動(dòng)導(dǎo)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(dǎo)航控制與調(diào)度方法則是AGV設(shè)計(jì)的核心關(guān)鍵技術(shù)。AGV組合導(dǎo)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(shí)時(shí)高效地規(guī)劃出最優(yōu)路徑。一個(gè)優(yōu)秀的調(diào)度系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)精確定位、快速響應(yīng)并能及時(shí)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(shí)間窗的車間實(shí)時(shí)調(diào)度問題相比一般的調(diào)度優(yōu)化問題,在問題描述、數(shù)學(xué)建模、優(yōu)化計(jì)算等方面更困難；在工程應(yīng)用上,本文提出的方法使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)更加透明,有效解決了實(shí)時(shí)車間調(diào)度問題,具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下,以組合導(dǎo)航AGV為研究對(duì)象,研究AGV組合導(dǎo)航定位技術(shù)以及多AGV系統(tǒng)中多工況下的實(shí)時(shí)調(diào)度方法。論文以組合導(dǎo)航下多AGV系統(tǒng)調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行過程為主線,研究了慣性單元和磁單元組合導(dǎo)航定位技術(shù)和靜態(tài)調(diào)度、實(shí)時(shí)調(diào)度、出現(xiàn)故障三種車間調(diào)度問題的求解框架。論文的主要工作如下：(1)以基于LPC2388設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器、傳感器MPU9255和MS20-150磁感應(yīng)器為硬件設(shè)計(jì)平臺(tái),研究AGV組合導(dǎo)航定位中的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：AGV姿態(tài)解算,檢測(cè)信號(hào)的濾波去噪,AGV運(yùn)動(dòng)學(xué)模型推導(dǎo)和組合導(dǎo)航定位方法。本文選擇四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)解算,采用互補(bǔ)濾波算法通過加速度計(jì)和磁力計(jì)測(cè)量值修正姿態(tài)。同時(shí),本文建立了雙輪差速驅(qū)動(dòng)AGV的運(yùn)動(dòng)模型,并根據(jù)磁釘已知的絕對(duì)位置校正AGV的位置和航向,實(shí)現(xiàn)AGV的精確導(dǎo)航定位。(2)以靜態(tài)車間AGV調(diào)度問題為研究對(duì)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(shí)時(shí)運(yùn)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(gè)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(yù)測(cè)式避碰方法控制系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)、路段上AGV的通過時(shí)間,并采用改進(jìn)微遺傳算法在綜合考慮運(yùn)行時(shí)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。(3)以實(shí)時(shí)車間AGV調(diào)度問題為研究對(duì)象,提出相應(yīng)的方案分別求解車間無障礙、車間路段故障、車間節(jié)點(diǎn)故障三種車間實(shí)時(shí)調(diào)度問題,并通過算例進(jìn)行了驗(yàn)證。測(cè)試表明,實(shí)時(shí)調(diào)度方案一般在10-12代左右收斂,而車間出現(xiàn)故障時(shí)由于路徑庫中的AGV備選路徑數(shù)目降低,路徑優(yōu)化計(jì)算過程收斂速度加快,便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速響應(yīng)。同時(shí),優(yōu)化過程中調(diào)度方案的適應(yīng)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、無線信息傳輸和AGV調(diào)度控制模塊,并通過仿真模塊對(duì)調(diào)度系統(tǒng)中相關(guān)功能進(jìn)行了驗(yàn)證。本文給出了多AGV系統(tǒng)組合導(dǎo)航定位問題和實(shí)時(shí)調(diào)度問題的求解方法,并且給出了調(diào)度系統(tǒng)中組合導(dǎo)航硬件部分,路徑優(yōu)化算法以及軟件部分調(diào)度相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)的的關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)原型。本文方法有助于解決生產(chǎn)車間內(nèi)的多AGV調(diào)度問題,可望推廣應(yīng)用于港口、機(jī)場(chǎng)、物流倉(cāng)儲(chǔ)等其他領(lǐng)域的多AGV調(diào)度問題求解。
【關(guān)鍵詞】：多AGV系統(tǒng) 組合導(dǎo)航 慣性導(dǎo)航 互補(bǔ)濾波 路徑規(guī)劃 調(diào)度方法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP23
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 多AGV系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r11-13
• 1.3 AGV組合導(dǎo)航控制問題概述13-15
• 1.3.1 AGV組合導(dǎo)航控制問題簡(jiǎn)介13
• 1.3.2 AGV組合導(dǎo)航控制問題研究進(jìn)展13-15
• 1.4 AGV調(diào)度方法問題概述15-17
• 1.4.1 AGV調(diào)度問題簡(jiǎn)介15-16
• 1.4.2 AGV調(diào)度問題研究進(jìn)展16-17
• 1.5 論文內(nèi)容安排17-20
• 2 AGV組合導(dǎo)航控制方法20-27
• 2.1 慣性元件導(dǎo)引技術(shù)研究20-23
• 2.1.1 四元數(shù)法姿態(tài)解算20-21
• 2.1.2 互補(bǔ)濾波姿態(tài)修正21-23
• 2.2 雙輪差速驅(qū)動(dòng)AGV運(yùn)動(dòng)模型23-25
• 2.3 組合導(dǎo)航定位技術(shù)研究25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 基于微遺傳算法的多AGV系統(tǒng)靜態(tài)車間調(diào)度方法研究27-41
• 3.1 多AGV系統(tǒng)靜態(tài)車間調(diào)度模型描述27-28
• 3.2 帶時(shí)間窗的靜態(tài)車間調(diào)度求解策略28-30
• 3.3 離線階段最短路徑庫生成30-31
• 3.4 靜態(tài)調(diào)度下在線路徑規(guī)劃31-36
• 3.4.1 基于微遺傳算法的車輛調(diào)度問題系統(tǒng)結(jié)構(gòu)31-34
• 3.4.2 基于交通規(guī)則避碰的調(diào)度方案適應(yīng)度計(jì)算34-36
• 3.5 AGV靜態(tài)車間調(diào)度算例測(cè)試36-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 4 帶時(shí)間窗的AGV車間實(shí)時(shí)調(diào)度方法研究41-58
• 4.1 車間無AGV出現(xiàn)故障情況下的車輛調(diào)度41-46
• 4.1.1 車間無故障時(shí)AGV調(diào)度求解策略41-43
• 4.1.2 車間無故障時(shí)AGV調(diào)度算例測(cè)試43-46
• 4.2 車間路段存在AGV故障情況下的車輛調(diào)度46-50
• 4.2.1 路段存在AGV故障時(shí)AGV調(diào)度求解策略46-48
• 4.2.2 路段存在AGV故障時(shí)AGV調(diào)度算例測(cè)試48-50
• 4.3 車間節(jié)點(diǎn)存在AGV故障情況下的車輛調(diào)度50-53
• 4.3.1 節(jié)點(diǎn)存在AGV故障時(shí)AGV調(diào)度求解策略50-51
• 4.3.2 節(jié)點(diǎn)存在AGV故障時(shí)AGV調(diào)度算例測(cè)試51-53
• 4.4 AGV調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度模塊研究53-56
• 4.4.1 車間地圖建模54-55
• 4.4.2 通訊交互模塊55-56
• 4.4.3 AGV調(diào)度仿真56
• 4.5 本章小結(jié)56-58
• 5 總結(jié)及展望58-60
• 5.1 本文工作總結(jié)58-59
• 5.2 后續(xù)研究展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 附錄A 靜態(tài)車間調(diào)度AGV節(jié)點(diǎn)的理想和實(shí)際到達(dá)時(shí)間表64-66
• 附錄B 車間無AGV故障節(jié)點(diǎn)的理想和實(shí)際到達(dá)時(shí)間表66-68
• 附錄C 車間路段存在AGV故障時(shí)節(jié)點(diǎn)的理想和實(shí)際到達(dá)時(shí)間表68-69
• 附錄D 車間節(jié)點(diǎn)存在AGV故障時(shí)節(jié)點(diǎn)的理想和實(shí)際到達(dá)時(shí)間表69-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-72
• 致謝72-73

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