智能仓储AGV控制与调度系统研究

作     者：冯飞 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周德强;郑凯

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：智能仓储 自动导引小车 车载控制系统 多AGV调度 路径规划 

摘      要：随着中国互联网及其应用迅速普及,线上购物需求量增加,导致快递业务量剧增,同时意味着物流能力趋于饱和。传统物流的各个环节基本由人工完成,工作重复、机械且劳动强度大,因此“智慧物流必将是物流行业的未来发展趋势。如今,不少企业正积极将先进的智能AGV(Automated Guided Vehicle,自动导引小车)引入工厂,期望提高物流效率。然而,现有的智能移动机器人价格不菲,且与实际物流应用并不相符。它们通常会耗费大量算力资源保证自主决策能力,并且使用高级的导航定位方式,如激光SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,同步定位与地图构建)、视觉SLAM等,在环境已知的静态物流仓库中,这些特征将增加移动机器人作业的不确定性。为实现该领域的关键核心技术自主可控,该论文设计并实现面向智能仓储的AGV车载控制系统和调度管理系统软件,主要研究内容如下:(1)车载嵌入式控制系统设计与实现。智能仓储AGV采用“视觉二维码+惯导系统的复合导航方式,基于ARM架构的微控制器搭建车载控制系统的硬件平台,开发配套的电源架构,并进行硬件电路板设计;车载实时控制系统软件基于Free RTOS系统,用若干任务共同组成小车底层的驱动及控制流程;通过CANOpen协议实现对伺服电机的运动控制;在上下位机通信方面,搭建了客户端-服务器模式的网络架构,并制定详细的数据传输规范。(2)多AGV调度管理系统研究。多AGV调度问题围绕任务分配、路径规划和冲突预防等方面展开。构建多目标的任务分配模型,并对遗传算法的种群初始化、适应度值计算、遗传操作等步骤进行针对性改进,使其输出较优的任务分配方案。提出一种基于双向搜索机制的改进蚁群算法,用于解决AGV路径规划时收敛速度慢、易陷入局部最优等问题。提出一种基于时间窗的冲突预防策略,应对多AGV作业时产生的相向冲突和路口冲突问题。(3)调度管理系统软件设计与实验测试。在确认软件开发框架和对应的技术架构后,实现软件的各个功能模块,如用户管理、车辆管理、任务管理以及对应的人机交互界面等,开发了适用于Android设备的移动端控制系统,并设计了支持多AGV分拣系统的仿真实验平台。软件验证环节包括对应用界面的交互功能测试和面向AGV实体对象的控制功能测试。