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智能仓储多AGV路径规划及避碰策略研究

智能仓储多AGV路径规划及避碰策略研究

作者：接文文山东科技大学

学位级别：硕士

随着物流业的需求及科技的发展,AGV（Automatic Guided Vehicle）已经越来越多的被应用于智能仓储中货物的搬运和拣选。AGV在智能仓储中有效的工作离不开路径的规划,特别是多AGV路径规划,其需要考虑时间、距离等的约束,避免AGV之间及其... 详细信息

随着物流业的需求及科技的发展,AGV（Automatic Guided Vehicle）已经越来越多的被应用于智能仓储中货物的搬运和拣选。AGV在智能仓储中有效的工作离不开路径的规划,特别是多AGV路径规划,其需要考虑时间、距离等的约束,避免AGV之间及其与障碍物之间的冲突。多AGV路径规划已经成为领域内的一个重点研究内容。本文应用人工势场法和蚁群算法,并结合优先级和速率调节方法针对多AGV路径规划进行研究,主要研究内容如下:首先,对智能仓储的发展、AGV路径规划问题和相关算法进行论述和分析,根据仓储环境的设定及AGV运行的特点,选用栅格法建立了智能仓储环境模型。针对多AGV路径优化问题,在考虑直行、转弯、加速不同的行驶时间成本情况下,以总行驶时间成本最小为目标建立AGV路径规划模型。然后,为了求解AGV路径规划模型,针对人工势场法无法确保得到全局最优解的不足,对人工势场法进行改进,并与蚁群算法相结合得到了势场蚁群算法。对于多AGV路径规划中的冲突碰撞,根据冲突节点前后节点的不同对碰撞类型进行判断,并利用优先级与速率调节相结合的方法采取加速或重新路径规划的策略解决AGV碰撞问题。最后,结合智能仓储系统的实际情况给出了案例,建立了 30*30的仓储环境栅格地图,生成一定数量的任务订单。经过仿真得到了 AGV的最优路径,并通过对结果的分析,验证了碰撞解决策略以及改进的势场蚁群算法的可行性。

关键词： AGV 路径规划避碰策略人工势场法蚁群算法

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基于粒子群算法的多船避碰策略研究

基于粒子群算法的多船避碰策略研究

作者：杲飞大连海事大学

学位级别：硕士

由于海上交通环境越来越复杂以及船舶航行愈加密集,导致了船舶碰撞事故时有发生。因此加强对多船避碰策略的研究已经刻不容缓。当前对多船避碰策略的研究较少考虑航行规则的约束和实际的航海习惯,且避碰策略的避碰效率不高、安全性较低... 详细信息

由于海上交通环境越来越复杂以及船舶航行愈加密集,导致了船舶碰撞事故时有发生。因此加强对多船避碰策略的研究已经刻不容缓。当前对多船避碰策略的研究较少考虑航行规则的约束和实际的航海习惯,且避碰策略的避碰效率不高、安全性较低。因此,本文以宽海域多船会遇为背景,将航行规则融入到改进的粒子群路径规划算法中,设计了基于全局路径规划算法和确定性算法结合的多船避碰策略。主要解决了多船避碰策略存在的与实际航行规则和航行习惯不符、避碰效率低、安全性低等几个主要问题。本文的主要研究内容如下:首先,为了加深对多船避碰问题的理解,对多船避碰问题进行分析。研究了宽阔水域与复杂水域多船会遇复杂程度的不同,得到了在宽阔水域多船避碰分解为三船会遇的结论,进一步确定了研究的范围;对船舶碰撞危险度的表示方法、常用的船舶避碰安全领域进行了研究,确定了采用的安全领域和危险度模型;对粒子群算法、遗传算法的优缺点进行了分析比较,确定了粒子群算法为本次研究的根本算法。其次,本文针对粒子群路径规划算法本身存在的易陷入局部最优值和在多船避碰应用中存在的规划路径与实际航行习惯不符的问题,分析了粒子群算法的改进策略。采用自适应和启发式的方法对粒子群算法进行了改进;从粒子的进化速度和粒子的聚集度两个方面增强粒子的自适应能力,解决了算法易陷入局部最优值的问题;将航行规则、路径安全性、和经济性加入到粒子群路径规划算法的适应度函数中,设计了基于轨迹斜率变化的规则评价方法,解决了与实际航行不符的问题。最后,对多船避碰策略进行了研究。设计了粒子群全局路径规划算法与确定性算法结合的分步多船避碰策略,在避碰策略中设计了基于船舶航行历史的危险性判断方法,能够对不符合航行规则航行的障碍船进行判断。在MATLAB仿真环境中与实时在线路径规划的避碰策略进行了对比,结果证明将路径规划算法与确定性算法结合的避碰策略在一定程度上能提高避碰策略的避碰效率,且更符合航行规则和航海习惯的要求、航行安全性更高。

关键词：船舶避碰航行规则智能避碰粒子群算法避碰策略

自动化仓库系统多AGV路径规划和避碰策略研究

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自动化仓库系统多AGV路径规划和避碰策略研究

作者：李婷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电商、快递等行业的爆发式发展对仓储物流的运转效率提出了更高的要求,多AGV自动化仓库系统能有效改善传统仓库的作业模式效率低、误单率高和移载工具柔性差、对人力依赖度高等弊端,实现物流自动化和信息化,因其在提高土地利用率、降低... 详细信息

电商、快递等行业的爆发式发展对仓储物流的运转效率提出了更高的要求,多AGV自动化仓库系统能有效改善传统仓库的作业模式效率低、误单率高和移载工具柔性差、对人力依赖度高等弊端,实现物流自动化和信息化,因其在提高土地利用率、降低劳动力成本的突出贡献,是当前回报率高的热门研究方向。本文主要对多AGV自动化仓库的关键问题——路径规划和避碰策略进行了算法的优化和实现。首先,研究各导航方式,结合自动化仓库实际情况及精度、成本等考虑,将超高频射频识别技术应用于AGV的导引。研究各地图建模方法,把自动化仓库环境抽象为拓扑电子地图,将连续动态多目标问题简化为离散多目标点问题,很大程度上减少了数据传输量和空间占用,通过对比分析邻接矩阵和邻接表时间和空间复杂度,结合地图点线数量关系,采用邻接表作为地图存储数据结构。其次,分析常用的几种单源最短路径算法——Dijkstra算法、A-star算法、Bellman-Ford算法、SPFA算法特点,由于第1章建立的地图为正权图,考虑Dijkstra和A-STAR算法作为备选算法。通过将指数衰减因子作为权重引入A-STAR算法代价函数对A-STAR算法进行改进,使得当前点与目标点距离远时能加快搜索速度,在目标点附近时指数项接近于1,保证目标点可达。在相同条件下对Dijkstra算法、A-STAR算法和改进A-STAR算法进行仿真,证明三种算法都能求得最优解,改进A-STAR算法搜索点最少,为保证自动化仓库系统的实时性,将其作为单AGV路径规划算法。然后,制定了订单任务和AGV任务执行的优先级规则。通过对边的权值加入与该边使用频率成正比的惩罚项,疏散多AGV的拥挤路段,实现多AGV系统总运行时间减少,分别将线性函数、指数函数和Sigmoid函数作为惩罚项进行三组多任务多AGV平行实验,根据仿真结果,Sigmoid函数作惩罚项时地图负载平衡,不存在大规模堵塞情况,故将其作为地图权值优化函数。最后,针对仓库环境特点和货到人的AGV作业方式,提出本环境下四种可能的冲突情况,设计了三项并行避碰机制,包括离线预测避免、设置锁区和被动两级避障策略,有效保证了AGV系统的可靠性。

关键词：自动化仓库自动导引车路径规划避碰策略

智能船舶避碰策略和有限时间循迹控制方法研究

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智能船舶避碰策略和有限时间循迹控制方法研究

作者：胡胜武汉理工大学

学位级别：硕士

随着人工智能技术的发展,智能船舶技术有望有效解决传统船舶在节能减排、人工成本、航行安全性等方面面临的问题,已经逐渐成为全球造船和航运业的研究热点。自主避碰和循迹控制是智能船舶实现海上安全航行的两大关键技术。本文以智能船... 详细信息

随着人工智能技术的发展,智能船舶技术有望有效解决传统船舶在节能减排、人工成本、航行安全性等方面面临的问题,已经逐渐成为全球造船和航运业的研究热点。自主避碰和循迹控制是智能船舶实现海上安全航行的两大关键技术。本文以智能船舶为研究对象,对避碰策略以及循迹控制系统中的引导和运动控制子系统进行了研究。本文主要研究工作如下:(1)针对船舶在执行直线圆弧路径循迹任务时易受路径曲率、环境力等因素影响导致横向偏差增大的问题,提出了一种有限时间收敛的自适应引导律,其控制参数可随横向偏差的变化而进行自适应调整,使循迹过程中的横向偏差可以在有限时间内收敛至零附近。另外,针对参数化路径提出了一种基于漂角观测器的有限时间引导律,设计有限时间漂角观测器对时变大漂角进行估计,提升了复杂曲线路径的循迹控制效果。最后,通过仿真对比验证了所提出的有限时间引导律的有效性和优越性。(2)针对船舶遭遇未知障碍物时避碰算法实时性较差、重规划的避碰路径不符合船舶运动特性的问题,提出了一种基于视线法引导原理的避碰策略,通过结合人工势场的原理,将视线法中的虚拟引导点视为人工势场中移动的引力点,障碍物视为斥力点,然后输出合力方向引导船舶实现避碰;此外,针对人工势场法存在的局部最小值、目标不可达和难以考虑《国际海上避碰规则》等问题,提出一种改进的人工势场法,改进后的斥力势场是关于我船和障碍物之间的相对位置、相对速度的函数;最后,通过仿真验证了所设计的避碰策略的有效性。(3)针对船舶在执行循迹任务时存在时变环境干扰和模型不确定影响的问题,提出了一种基于反步滑模控制理论的有限时间循迹运动控制方法,将模型不确定性、时变环境干扰和虚拟控制量视为总扰动,设计干扰观测器对其进行估计并予以补偿,提高控制系统的鲁棒性;针对输入饱和问题,通过设计辅助动态系统和滤波补偿系统,实现对输入饱和值的有效补偿并显著提升控制效果;最后,证明了控制系统中所有控制信号的有限时间稳定性,并通过仿真对比验证了所提出方法的有效性和优越性。

关键词：智能船舶循迹控制避碰策略有限时间引导律有限时间运动控制

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仓储多AGV系统调度优化与避碰策略研究

仓储多AGV系统调度优化与避碰策略研究

作者：王云峰武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,网络电商的飞速发展,加快了物流行业的革新,智慧物流正逐渐替代传统物流,自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)在其中占据着重要地位。仓储多AGV系统作为智慧物流的关键节点,其运行效率直接决定企业竞争力,提高系统调度优... 详细信息

近年来,网络电商的飞速发展,加快了物流行业的革新,智慧物流正逐渐替代传统物流,自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)在其中占据着重要地位。仓储多AGV系统作为智慧物流的关键节点,其运行效率直接决定企业竞争力,提高系统调度优化和避碰能力具有重要意义。本文以仓储多AGV系统中“货到人”拣选模式为研究对象,重点研究了多AGV调度优化方法和避碰策略。具体研究工作如下:(1)在仓储AGV路径规划中,针对传统A*算法规划的路径存在转弯次数多的问题,提出可以减少转弯次数的改进A*算法,引入“AGV方向感”概念,通过判断和比较目标位置和AGV所在位置,同时结合障碍矩阵,将传统A*算法中的启发式函数替代为“方向”函数,AGV在扩展路径节点时可以预知障碍而另寻路径。(2)在AGV路径规划方法基础上,对仓储多AGV系统调度优化问题进行分析。针对静态调度中任务分配及排序问题,以AGV总行程最短和任务总完成时间最短建立优化模型,提出了遗传—蚁群两阶段优化算法进行求解;针对动态调度中任务分配及排序问题,均衡短期内仓储中各路段AGV通行量,以减少路径中冲突节点数量和AGV总行驶时间最短建立优化模型,提出了基于系统短期状态模拟的动态任务分配及排序策略进行求解。(3)通过分析仓储多AGV运行过程中发生的冲突类型,提出基于实时信息的冲突检测方法,对可能发生冲突的AGV按冲突类型采取相应的避碰策略;对于路口堵塞,制定双重避碰策略:通过在路口设立检测与缓冲区,提出通行顺序优化方法;若上述方法不能解决路口堵塞,采用局部路径规划策略,以确保所有AGV顺利通行。(4)搭建了仓储多AGV系统实验平台,对上述提出的改进A*算法、静态调度方法、动态调度以及避碰策略进行了实验测试,分别验证了其可行性及有效性。

关键词：仓储多AGV系统路径规划改进A*算法调度优化避碰策略

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无人船舶的路径规划与避碰策略研究

珠江水运 2024年第12期 141-143页

作者：赵严太原学院

随着自动化和智能化技术的飞速发展,无人船舶作为海洋运输的重要组成部分,其自主导航与决策能力受到广泛关注。路径规划与避碰是无人船舶自主导航系统的核心技术之一,直接关系到无人船舶的安全性和经济性。本文旨在研究和提出一种有效... 详细信息

随着自动化和智能化技术的飞速发展,无人船舶作为海洋运输的重要组成部分,其自主导航与决策能力受到广泛关注。路径规划与避碰是无人船舶自主导航系统的核心技术之一,直接关系到无人船舶的安全性和经济性。本文旨在研究和提出一种有效的无人船舶路径规划和避碰方法,以适应复杂多变的海上交通环境。

关键词：无人船舶路径规划避碰策略

基于多智能体深度强化学习的船舶协同避碰策略研究

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中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 2023年第5期 87-90页

作者：高振长江宜昌通信管理局湖北宜昌443000

世界能源危机日益突出,对船舶及相关领域的研究主要集中在节能减排方面。随着智能时代的到来,无人机、无人车和无人船成为各行业研究和大力发展的重点方向,为船舶的研究提供了新的思路。2017年7月,国务院发布新一代人工智能发展规划,提... 详细信息

世界能源危机日益突出,对船舶及相关领域的研究主要集中在节能减排方面。随着智能时代的到来,无人机、无人车和无人船成为各行业研究和大力发展的重点方向,为船舶的研究提供了新的思路。2017年7月,国务院发布新一代人工智能发展规划,提出大力发展智能无人船,智能无人船首次被提升到国家战略层面。因此,无论是民用智能船还是军用无人艇,都关系到国家科技发展和国防军事现代化进程。与此同时,世界各国都在不断加强智能船舶领域的研究,这给我国智能无人船技术带来了巨大的挑战和机遇。只考虑其中一个优化目标称为单目标优化,多目标优化考虑其中两个或多个。不同的优化目标导致不同的优化航线,从而导致不同的航行时间和运营成本。目前,国内外对于智能船舶的航线优化已经积累了大量的理论成果。通过对国内外路线优化研究现状的分析可以看出,无论达到什么样的优化目标,路线优化的研究大致遵循两个基本步骤。首先确定基本路线设计方法,然后采用合适的优化算法求解相应的优化问题。基于此,本篇文章对基于多智能体深度强化学习的船舶协同避碰策略进行研究,以供参考。

关键词：多智能体深度强化学习船舶协同避碰策略

基于碰撞危险度的仿人机器人动态避碰博弈策略

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长春理工大学学报（自然科学版） 2012年第4期35卷 70-75页

作者：李光日黄强徐乾李国栋李敬李敏北京理工大学智能机器人研究所北京100081

针对面向协同的仿人机器人避碰运动策略进行研究。设计了一种仿人机器人碰撞预测及碰撞危险度评估方法,提出了一种基于碰撞危险度的仿人机器人动态避碰博弈策略。该方法通过动态博弈模型,将仿人机器人避碰运动问题转化为机器人在有限通... 详细信息

针对面向协同的仿人机器人避碰运动策略进行研究。设计了一种仿人机器人碰撞预测及碰撞危险度评估方法,提出了一种基于碰撞危险度的仿人机器人动态避碰博弈策略。该方法通过动态博弈模型,将仿人机器人避碰运动问题转化为机器人在有限通信辅助下与其他机器人进行博弈的过程。

关键词：仿人机器人避碰策略碰撞危险度动态博弈

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多船确定性避碰行动最优决策模型

中国造船 2023年第6期64卷 261-271页

作者：吴天昊王欣李海滨倪生科刘正江林彬大连海事大学航海学院大连116026 大连海事大学信息科学技术学院大连116026

针对多船复杂近距离会遇态势,提出了一种确定性避碰行动最优决策模型。考虑到船舶运动具有时变时滞特性以及风浪干扰的影响,结合神经网络和后推技术设计了船舶操纵运动控制器。同时结合多船会遇特点提出了多船避碰要素动态数学模型,并... 详细信息

针对多船复杂近距离会遇态势,提出了一种确定性避碰行动最优决策模型。考虑到船舶运动具有时变时滞特性以及风浪干扰的影响,结合神经网络和后推技术设计了船舶操纵运动控制器。同时结合多船会遇特点提出了多船避碰要素动态数学模型,并利用协同船舶领域确定符合安全阈值的最优避碰策略。当让路船驶过所有船的最小会遇距离点后,利用人工势场法规划让路船驶向目标点的最优路径。最后利用该模型对多船多场景近距离会遇态势进行仿真研究。仿真结果表明,所提出的模型能够在符合避碰规则的基础上生成安全可行的避碰策略,并有效减少避碰操纵次数,即通过单次避碰行动避让所有船舶。

关键词：近距离会遇时变时滞多船避碰辅助决策模型避碰策略