基于交通管制的多AGV调度系统设计分析

基于交通管制的多AGV调度系统设计分析

张梦腾

广州普华灵动机器人技术有限公司     510800

摘要：为确保在同一生产区域多台AGV高效的运行效果，结合多种储存要求和不同工艺布置与运行工况等，实现对车辆的灵活部署与实时监控，使其在具有足够丰富路径的地图上有序运行，满足自动化制造车间场地与空间的实际需求。文章围绕交通管制的工作方法与单车和多车的路径规划，从地图拓扑、结构设计与模块功能三个方面对多AGV调度系统设计展开深入分析，以供参考。

关键词：交通管制；多AGV调度系统；设计方法

引言：在自动化生产车间中，自动导引车从设计到制造，再到控制等方面的发展不断完善和成熟，但受AGV各个厂家自身相对独立的影响，无法保证对同一区域内多台车辆或不同类型的车辆进行有效控制，一旦存在路线交叉问题就会严重影响车辆运行效果。对此，需在交通管制的基础上结合路径规划完成多AGV调度系统设计。

1. 交通管制

在自动化车间地图中，受其场地与空间等因素的限制，通常会在其工作地图上仅设置一到两条主干道，并根据工作点位的具体位置设置相应的分支路径，通常每个分支路径都只设置一台运行的AGV，其交通道路的管理限制冲突大多集中在主干道上。对此，在自动化生产车间中采用科学的交通管制模式和权限设置的方式，为主干道不同AGV设置相应的权限级别，优先开放更高级别的AGV使其进入主干道，保证上一台AGV运行完成且主干道处于空闲状态下方可允许下一台进入并运行，防止出现多台AGV路径冲突问题。

多AGV调度系统在执行交通管制的过程中要深入分析车间主干道与系统优先级的设置问题，保证主干道本身不存在任何工作点位且与其他分支连接通畅。同时，在AGV优先级的设置中可遵循先来后到的原则，按照时间先后顺序明确多AGV调度系统在同时运行中的优先级别，保证整个自动化车间运行的有序性与稳定性。针对部分特殊较为紧急的任务可采用插队设置的方式使其成为最高级别，待上一台AGV任务完成后才能驶入主干道执行相应任务，避免出现死锁问题。

2. 路径规划

多AGV调度系统高效运行的核心在于其以单车路径规划为基础的整体规划，且AGV调度系统的运行效率会随着单车路径规划效率的提升而增长。在搜索最佳路径的过程中，综合运用A*算法、佛洛伊德算法、广度或深度优先方法等搜索方式探寻最优路径作为单车路径初步的规划结果。在此基础上，从路径规划长度、AGV功耗与运行速度等维度对初步的单车路径规划做进一步优化处理，获取最佳的单车路径规划结果[1]。在多AGV调度系统的路径规划中通常以多车路径规划为重点，确保其在自动化车间中可以使多AGV调度系统协调运行。基于科学的单车路径规划需运用额外的方法在位置与时间区分多AGV调度系统相遇的问题。比如，在多车路径规划中可以运用时间窗法，对每台AGV调度系统经过各个阶段的时间进行预测和记录，并通过延时触发和时间对比的方式使其避免可能发生冲突的时间和位置节点，使其经过冲突节点的时间适当延后了，实现科学多车路径规划。但这种方式在实际应用中还存在一些问题，随着地图中AGV与节点数量的增多，其系统结算量会呈指数增长，同时由于系统预测AGV经过节点的时间受多种因素的影响，可能存在准确的问题，进而无法保证其与自动化车间实际的运行环境协调运行效果。

3. 多AGV调度系统在交通管制基础上的设计方法
   1. 拓扑地图设计

由于自动化车间的工作环境整体具有较高的复杂性，在基于交通管制的多AGV调度系统设计中，可采用引导线式AGV完成拓扑地图的整体内容，并采用信息技术手段，将二维码设置在整个车间AGV调度运行线路的各个节点中，实现对AGV定位的精准获取，应用建模软件使静态的拓扑地图可以随着AGV调度系统的运行而进行实时更新，利用动态化的地图模型为实时监控AGV调度系统的运行状态创造良好的基础条件。拓扑地图作为地图建模的基础，也是多AGV调度系统设计的关键所在，因此，在拓扑地图中不仅要充分展现自动化车间中多AGV调度系统的运行路径，还要结合其中节点与节点的连线，为其中各个节点采用设置编号的方式帮助工作人员快速找到不同节点的所在位置，并根据节点编号及其与其他节点的连接情况用链接表的形式表示不同节点在拓扑地图中的连线。运用A*算法在单车路径规划阶段运用制作好的链接表实现路径搜索，并完成相应拓扑地图的绘制。

3.2系统结构设计

在基于交通管制的多AGV调度系统设计中，除了完成拓扑地图与地图建模外，还要围绕其该系统在整个多AGV系统中的具体功能定位，完成标准化系统运行流程的设置。在多AGV系统中，多AGV调度系统作为其上位机软件部分在技术人员完成任务下发后，需立即做出反应，结合目标节点的位置对离其最近的空闲AGV进行搜索，在接到任务指令后，AGV可运用A*算法对当前节点到目标节点中间的最优路径进行科学规划与快速搜索，获取规划路径。为确保规划路径的科学性，保证自动化车间中多AGV调度系统的运行效果，还要对规划路径是否包含主干道做进一步判断，如果其不含主干道则可直接执行技术人员下发的任务。若规划路径中包含主干道，则需对当前主干道权限是否开放做进一步判断，如果当前主干道权限未开放，则进入先使其进入优先级队列，等待权限开放；如果当前主干道权限处于开放状态，则执行任务并对主干道权限进行锁定处理，执行最优前进路径，在其驶出主干道后及时做好主干道权限的释放，并实时更新优先级队列。

3.3功能模块设计

为确保基于交通管制的多AGV调度系统在自动化车间实际的应用效果，在其设计期间还要注重其功能模块的科学设计，特别是交通管制模块的设置。在多AGV调度系统的交通管制模块设计中，技术人员可分解分析并科学设定任务目标，根据车辆在运行期间的可能出现的交汇和运行情况对其运行逻辑进行预先设计，实现统一调配多台AGV，防止其在自动化车间的实际运行过程中出现送货不及时、车辆碰撞等问题。在车辆发生交汇时，可根据不同规划路线优先级别的高低，使优先级相对更高的车辆先行通过，低级别避让高级别。

针对其中可能出现优先级相同的状况，可遵循先来后到的原则，根据不同车辆先后进入监控点的时间，先进入的先行，后进入的后行。在多AGV调度系统的交通管制模块设计中，还要使管制系统对车辆运行路径与任务展开主动识别和分析，重点找出其中重叠区域与范围。如果多台AGV中存在路径规划重叠问题，调度系统还要对重叠区域内设计的监控点与交叉路线进行提前监控，进入监控程序后同步做好任务分配等其他相关功能点的管理工作，实时监控标记冲突路线[2]。根据调度系统对路径重叠车辆的剩余工作任务进行判断，如果位置相对靠后的任务优先级更高，则可采用绕行通过的方式提升交通管制效果，否则采用后车停车等待的方式，使其在避让等待处等待前后通过。按照一定频率连接调度系统对重叠部分线路展开动态查询，了解先行AGV的运行状态，并及时使后车停止等待进入通行路线。

结论：综上所述，基于现代社会生产生活节奏的加快和各种先进技术的应用，在自动化生产线项目中，为提高其产量，确保多AGV调度系统高效运行，减少其出现冲突等问题，可结合车间工作环境采用交通管制的方式，使其完成人员下达任务的同时，还能提高其执行效率，使多AGV调度系统具有较强的鲁棒性与稳定性。

参考文献：

[1]杨帆,李昆. AGV调度系统设计[J]. 汽车工艺与材料,2021(12):16-23.

[2]张帅. 基于领域驱动设计的AGV调度系统设计与实现[D]. 北京:北京交通大学,2021.