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智能仓储AGV的任务分配与路径规划算法研究

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智能仓储AGV的任务分配与路径规划算法研究

作者：刘烨北京印刷学院

学位级别：硕士

随着电子商务的兴起,快递业务量急剧增加。传统仓储仅靠人工完成货物搬运、分拣等工作已经无法满足庞大的快件需求,迫切需要借助智能化物流装备提高仓储运行效率。自动导引车(Automated Guided Vehicles,AGV)作为仓储运营体系中关键智... 详细信息

随着电子商务的兴起,快递业务量急剧增加。传统仓储仅靠人工完成货物搬运、分拣等工作已经无法满足庞大的快件需求,迫切需要借助智能化物流装备提高仓储运行效率。自动导引车(Automated Guided Vehicles,AGV)作为仓储运营体系中关键智能化装备之一,在减少物流成本、提高物流效率方面发挥着不可替代的作用。AGV的任务分配与路径规划算法作为AGV调度的核心技术,能够影响AGV运行时任务分配时间和行驶路程。现代电商仓储订单量大、货物分拣精度要求高、发货时效性高,亟需研究精确度高并能有效缩短作业时间的AGV任务分配与路径规划算法来提高仓储运作效率。基于此,本文对仓储环境中多AGV任务分配与路径规划算法进行研究,在AGV任务分配完成的基础上,将多AGV的路径规划问题转换成单AGV的路径规划,通过改进算法优化仓储AGV任务分配与路径规划,并利用MATLAB验证本文所提算法的可行性。本文的研究能够有效提高仓储运作效率,对今后的研究具有一定的现实意义和理论参考价值。本文主要研究内容如下:针对AGV任务分配时间较长的问题,在对仓储AGV的入库、出库和转移储存任务进行数学描述的基础上,考虑AGV电量与任务执行时间等约束,以AGV最小总行程、最小任务完成时间为目标建立仓储AGV任务分配模型,并提出了一种求解该模型的改进一致性捆绑算法(Consensus-Based Bundle Algorithm,CBBA)。该算法根据出库任务的位置构建关联,将关联度较高的任务按AGV的数目进行分组,形成分组策略并引入CBBA求解任务分配中;将CBBA中AGV的竞价函数由AGV收益简化为路径成本,从而减少AGV在任务选择和冲突解决阶段的计算量。利用MATLAB对改进前后的CBBA算法进行仿真,发现改进后的CBBA比改进前行驶总路程减少了27.8%,任务完成总时间减少了35.16%,达到最小目标函数的优化次数也从47次减少至26次。由此可见,该改进算法能够有效减少AGV的行驶总路程和完成任务的总时间,减少AGV的通信次数,从而提高任务分配效率。针对蚁群算法求解AGV路径规划易陷入局部优化的问题,本文利用栅格法建立障碍物环境模型,在AGV电量充足的情况下确定AGV行驶速度,以AGV最短行驶路径为目标函数建立单AGV路径规划模型,提出了一种利用遗传机制改进蚁群算法求解该模型的方法。该算法前期利用遗传算法进行搜索,通过增加变异算子避免较差路径干扰,加速算法收敛;采用定向、随机节点搜索改变初始种群生成方式,增加初始种群多样性;增加删除算子缩短路径长度;根据遗传搜索结果优化蚁群的初始最优路径并更新信息素分配,防止路径陷入局部优化,从而有效地提高搜索的效率。利用MATLAB在10*10、20*20、30*30的随机障碍地图环境中对改进前后的蚁群算法进行仿真,发现改进后的蚁群算法能够缩短寻找最优路径时间、减少迭代次数,在较大地图环境中能更好的减少AGV最短路径长度。由此可见,该改进算法能够解决因蚁群算法易陷入局部最优导致的行驶路径较长的问题。

关键词：智能仓储 AGV 任务分配 CBBA 路径规划

智能仓储货位规划与AGV路径规划协同优化算法

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软件学报 2020年第9期31卷 2770-2784页

作者：蔺一帅李青山陆鹏浩孙雨楠王亮王颖芝西安电子科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710071 苏州明逸智库信息技术有限公司江苏昆山215300

智能仓储的优化一般分为货架优化和路径优化两部分:货架优化针对货物与货架两者的关系,对货物摆放位置进行优化;而路径优化主要寻找自动引导小车(automated guided vehicle,简称AGV)的最优路径.目前,大多的智能仓储优化仅对这两部分进... 详细信息

智能仓储的优化一般分为货架优化和路径优化两部分:货架优化针对货物与货架两者的关系,对货物摆放位置进行优化;而路径优化主要寻找自动引导小车(automated guided vehicle,简称AGV)的最优路径.目前,大多的智能仓储优化仅对这两部分进行独立研究.在实际仓储应用中,只能以线性叠加的方式解决问题,导致问题的求解易陷入局部最优中.通过对智能仓储环节中各部分的关系进行耦合分析,提出了货位和AGV路径协同优化数学模型,将货架优化和路径规划归为一个整体;此外,提出了智能仓储协同优化框架的求解算法,包括货品相似度求解算法和改进的路径规划算法;并在以上两种算法的基础上,使用改进的遗传算法实现了货位路径协同优化.实验结果验证了所提出的智能仓储协同优化算法的有效性和稳定性.通过使用该算法,可有效提高仓储的出货效率,降低运输成本.

关键词：智能仓储货位规划 AGV路径规划协同优化遗传算法

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智能仓储调度中的群机器人任务分配研究

智能仓储调度中的群机器人任务分配研究

作者：梁金琳太原科技大学

学位级别：硕士

电子商务平台上的海量订单对物流行业提出高要求。作为物流起点,仓储中心的工作效率提升具有现实性。将群机器人应用于智能仓储领域,可使仓储中心由传统的“人到货”拣货模式转变为智能化的“货到人”模式。因此,研究群机器人任务分配算... 详细信息

电子商务平台上的海量订单对物流行业提出高要求。作为物流起点,仓储中心的工作效率提升具有现实性。将群机器人应用于智能仓储领域,可使仓储中心由传统的“人到货”拣货模式转变为智能化的“货到人”模式。因此,研究群机器人任务分配算法,同时具有理论意义和应用价值。本文主要研究内容如下:(1)针对静态环境下的任务分配问题,以群机器人完成任务的路径代价和时间代价构建适应度函数,建立静态任务分配模型,提出蚁群-遗传融合框架算法。首先,利用蚁群算法对初始种群优化,得到一个较为优秀的解集;然后,将得到的优秀解集作为遗传算法的初始种群,改进遗传算法的选择算子,并在遗传操作中加入逆转算子,以增加算法的全局收敛性;最后,就小规模和中大规模任务情形,进行实验设计,将所提算法与单独使用蚁群算法、遗传算法获得的任务分配方案进行对比。结果表明,蚁群-遗传融合框架能较好发挥蚁群算法和遗传算法的优点,得到较为合理的任务分配方案。(2)针对动态环境下的任务分配问题,以群机器人完成任务的行走距离、耗费时间和任务均衡性构建适应度函数,设置任务优先级,采用事件驱动机制,以机器人电量阈值为约束条件,建立动态任务分配模型,提出柯西迁移烟花算法。首先,制定柯西迁移策略,用其产生的火花代替高斯变异火花,以解决基本烟花算法中高斯变异火花不能有效提高种群多样性的问题;其次,采用基于适应度函数的选择策略,以降低算法的计算开销;最后,在六个不同规模的数据集上验证算法性能,并与其他三种优化算法进行对比。结果表明,柯西迁移烟花算法能够有效提高大规模智能仓储群机器人的任务分配效率。

关键词：智能仓储群机器人任务分配遗传算法蚁群算法烟花算法柯西变异

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智能仓储管理系统的研究及开发

智能仓储管理系统的研究及开发

作者：李欣雨山东大学

学位级别：硕士

随着信息技术快速发展和“工业4.0”时代的到来,《中国制造2025》和《“十四五”智能制造发展规划》中表明,智能制造是制造业发展的主攻方向。仓储是智能制造的重要核心部分,传统仓库管理普遍存在人工管理占比大、产品随意堆放利用率低... 详细信息

随着信息技术快速发展和“工业4.0”时代的到来,《中国制造2025》和《“十四五”智能制造发展规划》中表明,智能制造是制造业发展的主攻方向。仓储是智能制造的重要核心部分,传统仓库管理普遍存在人工管理占比大、产品随意堆放利用率低、出入库不遵循规则、手工抄写单据信息有纰漏、不同职责的管理员交接内容不明确等问题,这些问题会致使发货困难,还会造成一定的安全隐患。针对上述问题,本文以WS公司仓储管理存在的问题为研究对象,结合条形码、立体货架和优化算法等设计开发智能仓储管理系统,优化库位分配结果,节约人力成本,提高公司存储效率和综合监管力,实现业务管理流程与操作一体化。本系统采用Java语言编辑开发,基于B/S模式,全局采用Spring Stack技术支撑,对于资源的访问控制使用RBAC权限模型,同时系统还提供了审批管理功能,并基于BPMN2.0规范进行建模,数据持久化则采用RDB MySQL。本系统功能包括六个业务模块:基础管理模块、入库管理模块、库位管理模块、出库管理模块、可视化仓库模块和审批管理模块。其中,基础管理模块实现对产品、供应商和客户信息的存储;入库和出库管理模块结合归一化条码,消除各产品条码差异性,实现产品规范化管理;库位管理模块考虑单次入库、批量入库的产品规格,采用遗传算法实现最优库位选择,利用MATLAB求解最优库位模型,指导仓库工作;可视化仓库模块显示产品的存放位置、模拟小车运输过程的仿真动画和动态存取效果,能更好的协助管理人员对仓库实时监控;审批管理模块实现了在线审批,体现流程自动化。本系统的实施进一步推动了公司的信息化建设。主要贡献如下:(1)归一化条码编码预设归一化条码规则,对入库产品的条码进行信息采集、分析,按照预设规则生成对应条形码,实现条码的归一化编码。此方法在根本上解决了由于各入库产品条码规则的不同而造成无法统一获取条码信息的问题。(2)库位优化利用段页式管理的思想,设计两种库位存储模式:第一种是适用于单个物品存放,填补空余库位;第二种利用遗传算法对库位分配的方案进行优化,当成批的产品同时入库时,利用遗传算法根据产品周转率和重量为每个产品找到最优的存储位置。(3)三维可视化仓库利用数据可视化技术提取、分析、计算和集成仓库建模所需的数据和产品相关信息,构建三维立体仓库,更好的协助管理人员对仓库实时监控。在实际运行及测试效果中表明,根据WS公司的实际业务流程和相应的需求分析,研究开发的智能仓储管理系统,能够满足公司的需求,并且解决了信息化程度低、库位规划不合理、仓储空间利用率低的问题,促进了不同职责管理员之间的良性互动,使公司获得持久发展的动力。

关键词：智能仓储条码归一化库位分配可视化

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智能仓储AGV控制与调度系统研究

智能仓储AGV控制与调度系统研究

作者：冯飞江南大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：智能仓储自动导引小车车载控制系统多AGV调度路径规划

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智能仓储系统设计与实现

智能仓储系统设计与实现

作者：岳春擂重庆邮电大学

学位级别：硕士

近年来,受新冠肺炎疫情影响,网络购物的便捷性特征愈发明显,快递包裹数量呈指数级增长。如何降低人力成本并提高货物拣选效率成为企业亟待解决的问题。实现科技赋能,引入智能设备建设面向无人化智能仓储系统是现代仓储发展的首要目标。... 详细信息

近年来,受新冠肺炎疫情影响,网络购物的便捷性特征愈发明显,快递包裹数量呈指数级增长。如何降低人力成本并提高货物拣选效率成为企业亟待解决的问题。实现科技赋能,引入智能设备建设面向无人化智能仓储系统是现代仓储发展的首要目标。路径规划与任务分配研究对于建设智能仓储系统具有重大意义。因此,本文对智能仓储系统的关键技术进行研究,并采用主流开发框架对系统进行设计与实现。本文的主要研究工作如下:1.将路径规划分为全局路径规划与局部路径规划分别展开研究。针对蚁群算法应用于全局路径规划存在收敛速度慢、寻路效果差等问题。本文做出以下两点改进:第一,针对算法收敛速度慢的问题,采用基于欧式距离填充方法实现差异化初始信息素,提高算法收敛速度。第二,针对算法寻路效果差的问题,从两个方面进行改进:一是动态调节信息素因子,维持信息素因子与算法迭代次数呈负相关性,增大解空间搜索能力。二是放大栅格间距离差值对蚁群寻路的影响,提高蚁群寻路的方向性。针对现有局部路径规划算法实时性差的问题,本文将全局路径规划与局部路径规划结合实现动态路径规划。首先将全局路径规划产生的全局最优或次优路径作为Q-Learning算法的训练数据集,然后训练生成Q值表,最后参照Q值表指导机器人实现动态避障。2.针对遗传算法解决任务分配问题存在收敛速度慢与寻优效果差等问题。引入动态遗传算子将个体交叉变异概率同自身适应能力相关联,避免种群优秀基因丢失的同时增强了种群染色体多样性。针对任务分配结果缺乏合理性问题,结合机器人负载信息和电量信息对个体进行筛选,确保机器人在负载能力和续航能力范围内完成拣选任务。仿真实验表明,改进算法提高了算法收敛速度和搜索能力。3.对智能仓储系统进行实现与测试。首先,分析系统需求,完成系统架构与功能模块设计。然后选择开发语言和框架实现系统开发。最后,搭建测试环境测试系统功能是否符合预期目标。测试结果表明系统符合工程应用标准。

关键词：智能仓储路径规划任务分配蚁群算法遗传算法

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智能仓储调度中的群机器人路径规划研究

智能仓储调度中的群机器人路径规划研究

作者：张宇太原科技大学

学位级别：硕士

电子商务快速发展,要求订单高效配送,智能仓储技术由此成为制约物流效率提升的关键。作为自动化装置的群机器人可取代人力,改善货物拣选效率。因此,选择智能仓储调度中的群机器人路径规划问题进行研究,同时具有理论意义和应用价值。在... 详细信息

电子商务快速发展,要求订单高效配送,智能仓储技术由此成为制约物流效率提升的关键。作为自动化装置的群机器人可取代人力,改善货物拣选效率。因此,选择智能仓储调度中的群机器人路径规划问题进行研究,同时具有理论意义和应用价值。在此背景下,本文提出一个完整的基于群机器人的智能仓储系统解决方案,通过解决智能仓库中群机器人的任务规划、全局路径寻优、局部路径规划问题实现群机器人在智能仓库中无碰撞高效率的移动并且完成拣货任务。首先,利用栅格法建立了智能仓储系统的简化模型,确定了群机器人系统的混合控制方案。其次,作为路径规划的前提,研究了群机器人的任务规划,以得到最优的拣货顺序。在构建群机器人的任务规划模型后,用多策略改进的麻雀搜索算法(ISSA)进行求解,并在12个基准测试函数上评价所提算法性能,再使用仿真方法模拟任务规划的过程与结果。最后,对智能仓库中群机器人的路径规划进行研究。以最短运行时间为目标,用考虑转弯代价的改进A*算法进行运动控制,通过启发函数将搜索方向指向目标点,实现群机器人的全局路径寻优;用基于合作的交通规则和预约表化解成员机器人运行过程中的局部路径冲突,为成员机器人生成局部路径规划。群机器人路径规划实验在Matlab环境下进行,智能仓库群机器人拣货仿真系统亦在该环境下开发。与现有算法的对比实验结果表明,本文所提方法能有效缩短群机器人的总消耗时间和路程,提高智能仓库系统的效率。

关键词：智能仓储群机器人任务规划路径规划群智能优化麻雀搜索算法

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智能仓储中多AGV的无碰撞路径规划

智能仓储中多AGV的无碰撞路径规划

作者：杨宗元浙江科技学院

学位级别：硕士

随着仓储物流行业的飞速发展,企业对智能仓储中物料运输的效率要求越来越高,自主式无人搬运车(AGV)因自动化程度高、灵活性强和运输成本低等优点,被仓储企业广泛用于物料搬运。AGV作为仓储中货物搬运的主要工具,近年来得到了广泛的研究... 详细信息

随着仓储物流行业的飞速发展,企业对智能仓储中物料运输的效率要求越来越高,自主式无人搬运车(AGV)因自动化程度高、灵活性强和运输成本低等优点,被仓储企业广泛用于物料搬运。AGV作为仓储中货物搬运的主要工具,近年来得到了广泛的研究,而路径规划算法又是AGV技术中的重点,所以如何规划智能仓储中AGV高效且无冲突的路径成为本文的研究重点。本文主要对仓储中的环境搭建和AGV的路径规划进行探究,在栅格地图中采取改进的A算法结合时间窗算法对仓储中多AGV协同作业的情况进行无碰撞路径规划。主要工作如下:一、根据仓储中AGV的作业环境和常用的路径规划算法特点,选择栅格法当作本文仓储的地图构建方法,选取A算法当作本文单AGV的规划路径算法,并对多AGV路径规划进行设计。二、对于传统A算法搜索路径遍历节点多、搜索速率慢、转弯次数多的问题,将传统的A算法进行改进。提出一种优先扩展目标方位相邻节点方法,解决了算法搜索路径时扩展节点多的现象;引入加权曼哈顿距离当作算法的启发函数,降低算法的搜索时间;在启发函数中加入转弯代价,解决算法搜索路径时转弯次数多的问题。将改进后的A算法进行仿真并与传统的A算法进行比较,结果证明基于本文改进的A算法的寻找路径的效率远高于传统A算法。同时,在传统水平布局、传统垂直布局和鱼骨布局三种常见的仓储布局上也验证了本文改进的A算法具有高效性。三、指出了多AGV路径规划中碰撞的问题,为执行任务和AGV制定优先级,建立两者之间的关系,并对智能仓储中多AGV的路径冲突进行介绍。先选择时间窗来解决多AGV在进行规划路径时的冲突问题;再对多AGV构建时间窗模型,给出具体的算法步骤;最后在栅格地图中采用改进的A算法结合时间窗算法为5个协同作业的AGV规划路径,通过仿真,验证了本文修改的A算法在多AGV协同作业的道路规划上具有有效性。

关键词：智能仓储自主式无人搬运车改进的A*算法时间窗路径规划

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智能仓储物流管理系统的设计与应用研究

物流研究 2023年第2期 64-69页

作者：陈晓莺许胜飞福建省中通通信物流有限公司福建福州350007 上海大学管理学院上海200444

仓库是企业存储和保管物料的重要场所,库房管理是企业物流管理的核心工作之一。物流业正进入追求高品质、高效率、高效益的精益化发展阶段,目前大多企业仓库管理、配送运输调度等智能化、自动化建设程度有待提高。本文从智能仓储物流管... 详细信息

仓库是企业存储和保管物料的重要场所,库房管理是企业物流管理的核心工作之一。物流业正进入追求高品质、高效率、高效益的精益化发展阶段,目前大多企业仓库管理、配送运输调度等智能化、自动化建设程度有待提高。本文从智能仓储物流管理系统的内涵入手,对该系统进行精细设计,包含库房管理、出入库管理、策略管理、运输调度管理、报表管理五大功能模块,最后将该系统应用于现代通信企业物流管理中,并进行实例验证,为仓储物流管理向自动化、智能化发展提供了有益探索。

关键词：智能仓储物流管理系统仓库管理自动化