Λεπτομερής επεξήγηση της αυτόματης καθοδήγησης τοποθέτησης οχήματος και σχεδίασης καθοδήγησης με βάση την τεχνολογία RFID

0 Πρόλογος

Για το χειρισμό αντικειμένων AGV (αυτόματο κατευθυνόμενο όχημα), η καθοδήγηση και η τοποθέτηση είναι τα βασικά μέρη της έρευνας. Οι μέθοδοι καθοδήγησης που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν τη μαγνητική καθοδήγηση [1], την οπτική καθοδήγηση [2], την καθοδήγηση με λέιζερ [3], κ.λπ. Οι μαγνητικές λωρίδες μαγνητικής καθοδήγησης τοποθετούνται εύκολα, αλλάζουν εύκολα μονοπάτια, η αναγνώριση ραδιοσυχνοτήτων δεν είναι εύκολο να μολυνθεί και δεν έχει παρεμβολές στον ήχο και το φως. Ως εκ τούτου, τα AGV μαγνητικής καθοδήγησης που ενσωματώνουν την τεχνολογία RFID χρησιμοποιούνται ευρέως στην αυτοματοποιημένη παραγωγή και μεταφορά.

Πολλοί μελετητές έχουν πραγματοποιήσει έρευνα για την τεχνολογία RFID στη μαγνητική καθοδήγηση. Οι Gu Jiawei et al. [6] εφάρμοσε την πλοήγηση AGV γράφοντας αριθμούς ετικετών και παραμέτρους ελέγχου κίνησης σε ηλεκτρονικές ετικέτες. Ο Li Ji [7] χρησιμοποίησε τοποθέτηση με υποβοήθηση RFID και χρησιμοποίησε οριζόντιες μαγνητικές λωρίδες για να ολοκληρώσει το στρίψιμο του οχήματος, τη στάθμευση και άλλες ενέργειες. Ο Luo Yujia [8] διόρθωσε τη λειτουργία περιστροφής AGV και χρησιμοποίησε πληροφορίες ετικέτας για να επιτύχει στροφές 90° και 180°.

Το μεγαλύτερο μέρος της προαναφερθείσας βιβλιογραφίας γράφει οδηγίες δράσης σε ηλεκτρονικές ετικέτες. Λόγω των πληροφοριών μεμονωμένης εντολής που έχουν αποθηκευτεί, το ποσοστό χρήσης της ετικέτας είναι χαμηλό. Όταν η πραγματική διαδρομή είναι πολύπλοκη, πρέπει να τακτοποιηθούν περισσότερες ετικέτες, κάτι που δεν ευνοεί τον σχεδιασμό και την καθοδήγηση διαδρομής. Με βάση προηγούμενες έρευνες, αυτή η εργασία στοχεύει να λύσει το πρόβλημα καθοδήγησης του AGV κάτω από πολύπλοκες διαδρομές και προτείνει έναν αλγόριθμο εντολής δράσης οχήματος. Οι εντολές ενέργειας δημιουργούνται σύμφωνα με την εργασία προγραμματισμού και αποθηκεύονται στο σύστημα ελέγχου του οχήματος. Οι ετικέτες χρησιμοποιούνται μόνο ως αναγνώριση τοποθεσίας για τη βελτίωση της ευελιξίας οδήγησης του οχήματος.

1. Μοντελοποίηση χάρτη οδήγησης

1.1 Σύνθεση χάρτη

Ο χάρτης αποτελείται από καθοδηγητικές μαγνητικές λωρίδες και σταθμούς εργασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Οι δύο αντιπροσωπεύονται με γραμμές και ορθογώνια αντίστοιχα. Το g αντιπροσωπεύει το σταθμό εργασίας, η ποσότητα είναι h και αριθμείται σύμφωνα με τον τύπο (1) (ο αριθμός στη δεξιά πλευρά του μικρού ορθογωνίου στο σχήμα), τότε το σύνολο θέσεων εργασίας μπορεί να εκφραστεί ως G = {g1 , g2, g3,..., gh}. Το l αντιπροσωπεύει μια γραμμή και ο αριθμός είναι n. Προβλέπεται ότι οι αριθμοί της οριζόντιας και της κάθετης γραμμής πρέπει να αντιπροσωπεύονται με ζυγούς και περιττούς αριθμούς αντίστοιχα και να αριθμούνται σύμφωνα με τον τύπο (2) (οι αριθμοί στους κύκλους του σχήματος). Το σύνολο γραμμών είναι L={l1, l2,..., ln}.

Με βάση το σενάριο εφαρμογής αυτού του άρθρου, ορίζεται ότι το AGV θα κινείται προς τα πίσω, εκτός από την περίπτωση που η διχάλα κινείται προς τα εμπρός κατά την είσοδο στη θέση εργασίας και θα επιβραδύνει σε διασταυρώσεις γραμμών και κατά την είσοδο στη θέση εργασίας.

1.2 Ηλεκτρονική διάταξη ετικέτας

1.2.1 Τοποθέτηση ετικετών που σχετίζονται με σταθμούς εργασίας

Στο Σχήμα 2, τα pi1, pi2,..., pi7 αντιπροσωπεύουν τη θέση της ηλεκτρονικής ετικέτας. Το Σχήμα 2(α) δείχνει το AGV να πηγαίνει ευθεία και να εισέρχεται στο σταθμό εργασίας gi από αριστερά. Προβλέπεται να επιβραδύνεται στα pi3, pi5, pi4 και pi7 αντίστοιχα, να αλλάζει από όπισθεν σε εμπρός, εμπρός, στρίψιμο δεξιά και στάση. Το Σχήμα 2(β) δείχνει το AGV να υποχωρεί και να στρίβει αριστερά για έξοδο από τη θέση εργασίας. Υποχωρεί ευθεία, υποχωρεί και στρίβει αριστερά και επιταχύνει στα pi7, pi6 και pi1 αντίστοιχα. Η είσοδος και η έξοδος του AGV από τη δεξιά πλευρά του σταθμού εργασίας είναι παρόμοια με την είσοδο και την έξοδό του από την αριστερή πλευρά. Ορίστε το pik ως την k-η ετικέτα (k∈{1, 2,...,7}) που σχετίζεται με το σταθμό εργασίας gi, ο οποίος είναι διατεταγμένος όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Η σύνθεσή του αντιπροσωπεύεται από τον πίνακα S1 ως:

1.2.2 Διάταξη ετικέτας γραμμής

Τοποθετήστε δύο ηλεκτρονικές ετικέτες και στις δύο άκρες κάθε γραμμής. Το Sja αντιπροσωπεύει την ετικέτα a-th στη γραμμή lj, a={1, 2, 3, 4}. Ορίζεται ότι τα Sj1, Sj2, Sj3 και Sj4 διατάσσονται διαδοχικά στο lj κατά τη θετική κατεύθυνση του άξονα συντεταγμένων και το ευθύγραμμο τμήμα μεταξύ Sj1 και Sj4 είναι το εύρος της ευθείας lj. Το όχημα εκτελεί εντολές στροφής στο Sj1 και Sj4 για να μπει σε άλλες γραμμές και εκτελεί εντολές επιτάχυνσης ή επιβράδυνσης στο Sj2 και Sj3 για να επιταχύνει όταν μπαίνει στο lj και να επιβραδύνει όταν βγαίνει από το lj. Οι ετικέτες σε όλες τις γραμμές αντιπροσωπεύονται από τον πίνακα S2 που φαίνεται στην Εξίσωση (4). Η διάταξη όλων των ετικετών στον τελικό χάρτη φαίνεται στο Σχήμα 3.

2. Αλγόριθμος εντολής δράσης

Πρώτα κωδικοποιήστε τις ετικέτες, στη συνέχεια καθορίστε τη σειρά μετάδοσης κάθε ετικέτας σύμφωνα με τη διαδρομή προγραμματισμού και, τέλος, δημιουργήστε οδηγίες ενεργειών με βάση την ταξινόμηση της ετικέτας.

2.1 Ηλεκτρονική κωδικοποίηση ετικετών

Η κωδικοποίησηΗ μορφή της ηλεκτρονικής ετικέτας φαίνεται στο Σχήμα 4, όπου τα x και y αντιπροσωπεύουν τις συντεταγμένες της ετικέτας στον χάρτη, 'pro' αντιπροσωπεύει το χαρακτηριστικό, δηλαδή τον τύπο των οδηγιών ενέργειας που μπορεί να εκτελέσει το όχημα στην ετικέτα, 'line' αντιπροσωπεύει τη γραμμή και 'κάτσε' Υποδεικνύει τον αντίστοιχο αριθμό σταθμού εργασίας. Σύμφωνα με τον τρόπο οδήγησης του AGV στη γραμμή, το 'pro' bit των Sj1 και Sj4 είναι '01', που σημαίνει στροφή, και το 'pro' το bit των Sj2 και Sj3 είναι "02", που σημαίνει επιτάχυνση και επιβράδυνση. Το bit «γραμμής» του Sja είναι ο αριθμός γραμμής j, και το bit «κάθισμα» αντιπροσωπεύεται με μηδέν. Το 'pro' Το bit της ετικέτας pik αναπαρίσταται στον Πίνακα 1 σύμφωνα με τον τρόπο που το AGV εισέρχεται και εξέρχεται από το σταθμό. Η 'γραμμή' bit είναι ο αριθμός γραμμής όπου βρίσκεται το pi1 και το 'sit' bit είναι ο αριθμός σταθμού που έχω σχέση με αυτό.

2.2 Καθιέρωση και επιλογή διαδρομής

Μεταξύ αυτών, το w αντιπροσωπεύει τη διαδρομή και ο αριθμός είναι m (m≥m0). Τότε ο πίνακας που αποτελείται από όλα τα μονοπάτια μπορεί να εκφραστεί ως W = [w1, w2,..., wm]T. Το ltx αντιπροσωπεύει την x-η γραμμή της διαδρομής wt, όπου wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, υποθέτοντας τη γραμμή που περιλαμβάνεται στο t- η διαδρομή Ο μεγαλύτερος αριθμός είναι n1, τότε το W είναι ένας πίνακας τάξεων m×n1. Εάν ο αριθμός των γραμμών είναι μικρότερος από n1, το ανεπαρκές τμήμα αντιπροσωπεύεται με 0 και ο πίνακας διαδρομής αντιπροσωπεύεται από την εξίσωση (6):

2.3 Μέθοδος ταξινόμησης ετικετών διαδρομής προγραμματισμού

Για τις ετικέτες σε οποιεσδήποτε δύο συνδεδεμένες γραμμές, η πρώτη και η δεύτερη γραμμή αντιπροσωπεύονται με lu και lv αντίστοιχα. Οι ετικέτες στο lu είναι Su1, Su2, Su3 και Su4 και οι ετικέτες στο lv είναι Sv1, Sv2, Sv3 και Sv4. Το r0 αντιπροσωπεύει την ακολουθία ετικέτας από lu έως lv. Ας υποθέσουμε ότι οι συντεταγμένες του Su1 είναι (x1, y1) και οι συντεταγμένες του Sv1 είναι (x2, y2). Συγκρίνοντας τις δύο συντεταγμένες, η σχέση της σχετικής θέσης μεταξύ lu και lv μπορεί να συναχθεί:

Η πρώτη περίπτωση: x1》x2, y1》y2, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5(α) και στο Σχήμα 5(β), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Η δεύτερη περίπτωση: x1》x2, y1》y2, αν το lu είναι περιττός αριθμός, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, που αντιστοιχεί στο Σχήμα 5(c); διαφορετικά r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, που αντιστοιχεί στο Σχήμα 5(d). Με τον ίδιο τρόπο, μπορεί να συναχθεί η διάταξη των στοιχείων r0 σε άλλες περιπτώσεις.

Για τη διαδρομή wβ, επιλέξτε πρώτα τις ετικέτες σε κάθε γραμμή σύμφωνα με την Εξίσωση (4) και, στη συνέχεια, τακτοποιήστε τις με τη σειρά με την οποία τα οχήματα διέρχονται από κάθε ετικέτα στη διαδρομή. Τα βήματα είναι τα εξής:

(1) Θεωρήστε τις lβ1 και lβ2 ως την πρώτη και τη δεύτερη γραμμή αντίστοιχα και προσδιορίστε τη σχέση θέσης τους με βάση τη σχέση συντεταγμένων. Ταξινομήστε σύμφωνα με τους κανόνες ταξινόμησης ετικετών δύο γραμμών και βάλτε τα ταξινομημένα αποτελέσματα στον πίνακα r1.

(2) Αντιμετωπίστε τα lβ2 και lβ3 ως την πρώτη και τη δεύτερη γραμμή αντίστοιχα για ταξινόμηση και προσθέστε το αποτέλεσμα ταξινόμησης της ετικέτας lβ3 στον πίνακα r1.

(3) Τακτοποιήστε τις ετικέτες για τις γραμμές lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif με τρόπο παρόμοιο με το βήμα (2).

Διαγράψτε τις ετικέτες στο r1 που δεν έχουν περάσει από τα lj1 και lj2 σύμφωνα με τον τρόπο που το AGV εισέρχεται και εξέρχεται από το σταθμό εργασίας. Αυτή τη στιγμή, ο αριθμός των στοιχείων στο r1 αντιπροσωπεύεται από το b1.

2.4 Οδηγίες δράσης

Η μορφή εντολής ενέργειας φαίνεται στο Σχήμα 6. Τα πρώτα 5 ψηφία είναι ο κωδικός της ηλεκτρονικής ετικέτας και τα 'ins' bit είναι η εντολή ενέργειας που εκτελείται από το AGV στην ετικέτα που αντιστοιχεί στα πρώτα 5 ψηφία. Ο κωδικός κωδικοποιείται σύμφωνα με τη λειτουργία του, όπως φαίνεται στον Πίνακα 2. Όταν το AGV ταξιδεύει από τον σταθμό εκκίνησης gs στον σταθμό στόχο ge, ταξιδεύει με τη σειρά εξόδου από το σταθμό, διαδρομής στη διαδρομή και εισόδου στο σταθμό. Η συσκευή ανάγνωσης RFID συνεχίζει να διαβάζει τις πληροφορίες της ετικέτας γείωσης και τις μεταδίδει στο σύστημα ελέγχου του οχήματος. Εκτελέστε τις οδηγίες διαδοχικά σύμφωνα με τις συνθήκες για να ολοκληρώσετε την εργασία προγραμματισμού. Η προϋπόθεση είναι ότι οι πληροφορίες της ετικέτας που διαβάζονται αυτήν τη στιγμή είναι συνεπείς με το bit κωδικοποίησης ετικέτας της εντολής που πρόκειται να εκτελεστεί.

2.4.1 Εντολή ενεργειών εξόδου από τον σταθμό

Το R1 αντιπροσωπεύει το σύνολο των οδηγιών ενεργειών του σταθμού εργασίας. Εάν το AGV εξέρχεται από το σταθμό από τα αριστερά, προσθέστε τα '00', '01' και '05' αντίστοιχα μετά την ετικέτα κωδικοποίησης με 'pro' bits των '09', '08' και '03' στη σειρά S του S1, διαφορετικά Προσθήκη '00', '02' και '05' αντίστοιχα μετά την κωδικοποίηση των ετικετών των οποίων το 'pro' τα bit είναι '09', '08' και '07' στη σειρά S του S1 και χρησιμοποιήστε τα ως το 1ο, 2ον και 3ο στο R1 στη σειρά. οδηγίες δράσης.

2.4.2 Οδηγίες δράσης διαδρομής

Καθορίστε τις οδηγίες δράσης σύμφωνα με το 'pro' bit για ετικέτες b1 στο r1 αντίστοιχα. Το R2 αντιπροσωπεύει το σύνολο εντολών δράσης διαδρομής και το Σχήμα 7 δείχνει τη διαδικασία κρίσης του.

2.4.3 Εντολή ενέργειας εισόδου στο σταθμό εργασίας

Το R3 αντιπροσωπεύει το σύνολο των οδηγιών ενεργειών του σταθμού εργασίας. Το AGV εισέρχεται στο σταθμό εργασίας από τα αριστερά και προσθέτει τα '06', '07' και '04' αντίστοιχα μετά τους κωδικούς ετικετών των '05', '07', '06', και '09' στο 'pro' θέση της σειράς e του S1. , '08'; Διαφορετικά, προσθέστε τα '06', '07', '03', '08' αντίστοιχα μετά την κωδικοποίηση ετικέτας των '05', '03', '04', και '09' στη σειρά. Και διαδοχικά ως 1η, 2η, 3η και 4η οδηγία στο R3.

3. Αποτελέσματα δοκιμών και ανάλυση

Επιλέξτε τους σταθμούς 12, 13, 17 και 18 για δοκιμή. Η κωδικοποίηση της ετικέτας φαίνεται στο Σχήμα 8. Τα δύο πρώτα ψηφία είναι η συντεταγμένη x, το 3ο έως το 4ο ψηφία είναι η συντεταγμένη y, το 5ο έως το 6ο ψηφία αντιπροσωπεύουν τα χαρακτηριστικά, το 7ο έως το 8ο ψηφία είναι οι αριθμοί των γραμμών όπου βρίσκονται , και τα δύο τελευταία ψηφία σχετίζονται με αυτό. Αριθμός σταθμού.

Το πρόγραμμα εντολών δράσης οχήματος γράφτηκε σε VC++6.0 και ένα μοντέλο αυτοκινήτου βασισμένο στην αρχιτεκτονική ARM και ενσωματωμένο με τη μονάδα αναγνώρισης ραδιοσυχνοτήτων RC522 επιλέχθηκε ως αντικείμενο δοκιμής. Το σχήμα 9 δείχνει το πραγματικό διάγραμμα λειτουργίας του οχήματος μετά την τοποθέτηση των οδηγών και την τοποθέτηση ετικετών. Η δοκιμή δείχνει ότι το όχημα μπορεί να ολοκληρώσει την αποστολή αποστολής όπως αναμένεται. Το Σχήμα 10 δείχνει τη μέθοδο καθοδήγησης για την εγγραφή οδηγιών ενεργειών στην ετικέτα. Το AGV ολοκληρώνει ενέργειες όπως η επιτάχυνση και η επιβράδυνση εκτελώντας τις οδηγίες στην ετικέτα. Εφόσον οι εσωτερικές πληροφορίες εντολών των ετικετών γείωσης έχουν προσδιοριστεί μετά την τοποθέτηση, το όχημα μπορεί να ολοκληρώσει μόνο μια συγκεκριμένη σταθερή ενέργεια όταν περνάει κάθε ετικέτα. Η μέθοδος καθοδήγησης είναι σχετικά απλή και έχει μικρή ευελιξία.

Επιλέξτε διαφορετικούς σταθμούς εκκίνησης και σταθμούς στόχους για συνδυασμό, αντιπροσωπεύοντας διαφορετικές εργασίες προγραμματισμού. Στη C++6.0, τα αποτελέσματα κάθε λειτουργίας φαίνονται στο Σχήμα 11. Τα πρώτα 10 ψηφία κάθε εντολής ενέργειας είναι οι κωδικοί ηλεκτρονικής ετικέτας και τα δύο τελευταία Το bit υποδεικνύει την ενέργεια που εκτελείται από το AGV στην ετικέτα.

Οι διαδρομές οδήγησης των Εργασιών 1 και 2 είναι 20→22→24, 20→22→21→18 αντίστοιχα. Το AGV έχει περάσει την ετικέτα 4610012200. Δεν υπάρχει εντολή που να αντιστοιχεί σε αυτήν την ετικέτα στην Εργασία 1. Το AGV δεν εκτελεί καμία εντολή εδώ. Η γραμμή 22 συνεχίζει ευθεία και μπαίνει στη γραμμή 24. η εντολή που αντιστοιχεί σε αυτήν την ετικέτα στην εργασία 2 είναι 461001220002 και τα δύο τελευταία ψηφία '02' υποδεικνύουν ότι το AGV δημιουργεί αντίγραφα ασφαλείας και στρίβει δεξιά εδώ, εισάγοντας τη γραμμή 21 από τη γραμμή 22. Η σύγκριση δείχνει: Το AGV εκτελεί μόνο την εντολή στην ετικέτα που πληροί τις συνθήκες εκτέλεσης της εντολής ενέργειας.

Οι διαδρομές οδήγησης των εργασιών 3 και 4 είναι 24→21→16→14, 24→21→18 αντίστοιχα. Όλα τα AGV πέρασαν από την ετικέτα 4722012100. Στην εργασία 3, η αντίστοιχη εντολή του AGV σε αυτήν την ετικέτα είναι 472201210002 και τα δύο τελευταία ψηφία '02' αντιπροσωπεύουν Το AGV δημιουργεί αντίγραφα ασφαλείας και στρίβει δεξιά εδώ και εισάγει τη γραμμή 16 από τη γραμμή 21. η εντολή που αντιστοιχεί σε αυτήν την ετικέτα στην εργασία 4 είναι 472201210001 και τα δύο τελευταία ψηφία '01' υποδεικνύουν ότι το AGV δημιουργεί αντίγραφα ασφαλείας και στρίβει αριστερά εδώ και εισέρχεται στη γραμμή 18 από τη γραμμή 21. Η σύγκριση δείχνει: Το AGV μπορεί να εκτελέσει διαφορετικές οδηγίες στην ίδια ετικέτα όταν ολοκληρώνει διαφορετικές εργασίες, αυξάνοντας την ευελιξία οδήγησης.

4 Περίληψη

Αυτό το άρθρο χρησιμοποιεί ηλεκτρονικές ετικέτες ως αναγνώριση τοποθεσίας και οι οδηγίες δράσης δημιουργούνται από αλγόριθμους σύμφωνα με συγκεκριμένες εργασίες και αποθηκεύονται στο σύστημα ελέγχου του οχήματος, έτσι ώστε το όχημα να μπορεί να εκτελεί διαφορετικές οδηγίες δράσης όταν περνά την ίδια ηλεκτρονική ετικέτα κατά τη διάρκεια διαφορετικών εργασιών. η παραδοσιακή Στη μέθοδο πλοήγησης, η διαδρομή οδήγησης είναι σταθερή και οι οδηγίες που εκτελούνται στην ετικέτα είναι απλές. Αυτή η μέθοδος λύνει το πρόβλημα της καθοδήγησης του οχήματος σε πολύπλοκες διαδρομές, βελτιώνει την ευελιξία οδήγησης και τη χρήση της ετικέτας και έχει συγκεκριμένη αξία εφαρμογής.