基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统及无空跑调度算法技术方案

基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统及无空跑调度算法，采用虚拟现实技术，设计RGV三维动态仿真系统与RGV管理控制系统及调度算法，实现RGV系统的半实物仿真运行。本发明专利技术具有下述优点：为研究调度算法，以及新任务的试运行，提供了低成本、高效率有调试手段；无空跑调度算法，实现全局准最优，局部最优，满足实际需求；实现与不同通讯形式的RGV搬运车通讯，具有通用性；调度算法采用开放式设计，预留加载其它算法接口，可以允许加载其它调度算法，可以采用动态库方式实现。

Based on ring RGV virtual reality semi physical simulation system and non empty scheduling algorithm

Based on ring RGV virtual reality semi physical simulation system and non empty scheduling algorithm, using virtual reality technology, 3D dynamic simulation system design of RGV control system and RGV management and scheduling algorithm, realize the HIL Simulation System of RGV system. The invention has the following advantages: in order to study the scheduling algorithm, test run and new tasks, provide a low cost and high efficiency of debugging means; no empty scheduling algorithm to achieve the global optimal quasi local optimal, and meet the actual needs; implementation and RGV carrier communication of different communication forms, is universal; scheduling algorithm using open type design, reserved load other algorithm interface, can allow the loading of other algorithm can be used to achieve a dynamic library.

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统及无空跑调度算法
本专利技术涉及一种半实物仿真系统，具体为一种基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统及无空跑调度算法。
技术介绍
在现有技术下RGV系统整体布局以某化工厂的具体任务为原型描述，如1图所示。系统主要由环形轨道、没轨道运行的各搬运车、取货站、送货站、以及待搬运货物。图中各搬运车1－10从取货站1－6取货，沿轨道运输到送货站7－10。1次搬运任务由1辆搬运车执行，包括空车行走、停车取货、载货行走、停车卸货、空车离开5个环节。由于所有搬运车沿轨道行走，具有不能超车的特点，因而在执行多元搬运任务（多车同时搬运）时，如何分配各个搬运车的搬运任务，直接影响整个系统的运行效率。由于环形轨道引导车搬运系统具有轨道区域有限、取送货点固定、参与搬运车数量一定的特点，因而多采用集中控制的方式，即：将取（送）货任务、各搬运车位置、状态等数据传给控制中心，由控制中心统一进行控制。常用的调度算法有如下几种。1.任务不变式调度算法在这种调度算法中，搬运任务按就近原则分配，一旦分配，在执行任务过程中，不再发生改变。在这种方式中，经常发生正在执行任务的搬运车影响后续任务的情况，如图2所示，其中P1、P2、P3为取货任务点，V1、V2、V3分别为当前各搬运车位置。（1）首先P1有任务，将任务分配给最近车V1；（2）然后P2有任务，只能将任务分配给V2；（3）V2要等V1取完货，走过点P2后，才能取货，可能要等较长时间。2.任务可变式调度算法在这种方式下，当新搬运任务发生时，若最近的搬运车正在执行任务的行进中，则改变其任务，并将原任务重新分配，如图3所示。V1下在行进，去执行P2处的搬运任务；这时P3点有新任务，而最近的车V1下在执行P2点的任务，若分配V2执行P3点的任务，则要等V1取完货并行驶越过Pi+1点后V2才能取货，显然不是最佳选择。按贪婪法原则，这量最有利的方法是将正驶向P1点的V1改为取P2点的货；同时给P2点的任务重新分配后面的搬运车V2。若V2已来不及分配任务P2，则可能造成V2空跑。3.其它优化算法目前有很多人提出了很多基于优化理论的调度算法，如：改进量子微粒群的优化算法、混合遗传算法、自学习模糊神经网络控制方法等，这些算法在理论上都很完善，但在具体应用时可能存在应对特殊情况或突发事件的能力差，且算法复杂，不易编程和验证等不足，而且有的算法还需要通过在线学习进行完善，影响正常生产。4.算法调试的复杂性综合前面的几种调度算法，可以看出，出了存在算法的不足以外，算法的调试也十分复杂，耗费时间、影响生产。1)搭建控制系统和各搬运车、取货任务台、送货任务台，以及各部分的控制系统，成本高；2)设置各种搬运任务，控制各搬运车执行实际搬运任务；3)由于调度规则的复杂性，也给调试人员正确分析带来困难；4)若发生运行错误，可能需要人为的进行复杂处理，如人工卸货、人工复位等，严重时可能发生事故。5)如果有实用的仿真方法，对解决以上问题具有重要意义。5.仿真效果的现实性由于在RGV系统中，存在搬运车数量多、搬运任务随机性强等特点，使得系统运行较复杂，给系统调试、维护等带来不便。采用的方法是解决此问题的一种有效手段。然而通常的仿真算法，只能给出每个搬运车执行任务的内容、位置、速度等各种数据、曲线等数学描述。本专利技术则在虚拟现实环境构建现实场景，以3维动画的方式展示整个系统的运行状态，真实、直观。本专利技术将控制器(实物)与在计算机上实现的控制对象的仿真模型(见数学仿真)联接在一起进行试验的技术，控制器的动态特性、静态特性和非线性因素等都能真实地反映出来，因此它是一种更接近实际的仿真试验技术。这种仿真技术可用于修改控制器设计（即在控制器尚未安装到真实系统中之前，通过半实物仿真来验证控制器的设计性能，若系统性能指标不满足设计要求，则可调整控制器的参数，或修改控制器的设计），同时也广泛用于产品的修改定型、产品改型和出厂检验等方面。半实物仿真的特点是：①只能是实时仿真，即仿真模型的时间标尺和自然时间标尺相同。②需要解决控制器与仿真计算机之间的接口问题。例如，在进行飞行器控制系统的半实物仿真时，在仿真计算机上解算得出的飞机姿态角、飞行高度、飞行速度等飞行动力学参数会被飞行控制器的传感器所感受，因而必须有信号接口或变换装置。这些装置是三自由度飞行仿真转台、动压－静压仿真器、负载力仿真器等。③半实物仿真的实验结果比数学仿真更接近实际。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统及无空跑调度算法，采用虚拟现实技术，设计RGV三维动态仿真系统与RGV管理控制系统及调度算法，实现RGV系统的半实物仿真运行。一种基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，包括RGV管理系统、RGV控制系统及调度算法、以及基于虚拟现实的RGV动态仿真系统；其特征在于,RGV动态仿真系统包括虚实转换模块、搬运车模块、取货站模块、送货站模块、环形轨道模块、货物模块和虚拟现实模块；所述虚拟现实模块采用OpenGL技术，初始化虚拟三维场景，场景按整个RGV系统规模进行初始化，分别调用以上各模块中的VR显示功能，建立完整的RGV系统，采用数据驱动技术，在虚拟场景中显示的各部分，随整体的仿真运行数据进行动态更新，实现3维动态效果。进一步地，所述RGV管理系统可以指定搬运任务的取、送货站的匹配关系，将取的货物善类到指定的送货站。进一步地，所述RGV控制系统包括RGV控制软件、调度算法、VR显示和命令收发。进一步地，所述虚实转换模块一方面接收控制系统的调度指令，并将其转换成仿真系统的仿真数据表达；另一方面，将仿真系统中，各搬运任务数据、搬运车状态、位置、速度、以及货物数据向控制系统上传。进一步地，所述环形轨道模块采用轨道周长与规定起点的方式进行描述，沿运行方向为正。进一步地，在所述环形轨道模块中，在建立空间坐标系的基础上，增加时间坐标，取系统开始时时间为零，然后设定统一时钟，确定搬运车、取货站、送货站及货物的运行状态。进一步地，在所述环形轨道模块中，设置一定时间间隔（如10ms）作为环形轨道模块计算周期，每个周期计算一次各部分的当前状态。一种无空跑调度算法，采用贪婪算法为原则，采用一系列准则表示，每当有新任务发生，或运行中有意外情况时，就起动调度算法，重新分配任务；其特征在于，当有新搬运任务时，先按任务不变的调度算法分配搬运车，然后再次按效率优先原则对各搬运任务重新分配调度准则；所述调度准则包括避碰准则、清路准则、就近准则、排队准则、剥夺准则、让行准则和待命准则，上述调度准则按顺序优先级递减。进一步地，当取货点比小车多时，每个小车都在取货点上待命，若小车数量多时，每个取货点处都有一个小车在待命。进一步地，所述避碰准则为：行驶的小车遇到前面的小车时，都要减速，甚至停车，防止发生撞车，直到前面的小车行驶时，才能根据规则继续前进或停止。进一步地，所述清路准则为：当执行任务的小车前往卸货点时，所经路段上的所有空车和待全职小车均应提前驶出该路段，给动货小车放行，避免每次小车驶到前面的空车后部时先停止，再起动。进一步地，所述剥夺准则为：若Pi+1点有任务，而最近的车V1在执行Pi+1点后面的任务，若分配V2执行Pi+1点的任务，则要等V本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，包括RGV管理系统、RGV控制系统及调度算法、以及基于虚拟现实的RGV动态仿真系统；其特征在于， RGV动态仿真系统包括虚实转换模块、搬运车模块、取货站模块、送货站模块、环形轨道模块、货物模块和虚拟现实模块；所述虚拟现实模块采用OpenGL技术，初始化虚拟三维场景，场景按整个RGV系统规模进行初始化，分别调用以上各模块中的VR显示功能，建立完整的RGV系统，采用数据驱动技术，在虚拟场景中显示的各部分，随整体的仿真运行数据进行动态更新，实现3维动态效果。

【技术特征摘要】
1.基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，包括RGV管理系统、RGV控制系统及调度算法、以及基于虚拟现实的RGV动态仿真系统；其特征在于，RGV动态仿真系统包括虚实转换模块、搬运车模块、取货站模块、送货站模块、环形轨道模块、货物模块和虚拟现实模块；所述虚拟现实模块采用OpenGL技术，初始化虚拟三维场景，场景按整个RGV系统规模进行初始化，分别调用以上各模块中的VR显示功能，建立完整的RGV系统，采用数据驱动技术，在虚拟场景中显示的各部分，随整体的仿真运行数据进行动态更新，实现3维动态效果。2.如权利要求1所述的基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，其特征在于，RGV管理系统可以指定搬运任务的取、送货站的匹配关系，将取的货物善类到指定的送货站。3.如权利要求1所述的基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，其特征在于，所述RGV控制系统包括RGV控制软件、调度算法、VR显示和命令收发。4.如权利要求1所述的基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，其特征在于，所述虚实转换模块一方面接收控制系统的调度指令，并将其转换成仿真系统的仿真数据表达；另一方面，将仿真系统中，各搬运任务数据、搬运车状态、位置、速度、以及货物数据向控制系统上传。5.如上述任一权利要求所述的基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，其特征在于，所述环形轨道模块采用轨道周长与规定起点的方式进行描述，沿运行方向为正。6.如权利要求5所述的基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，其特征在于，在所述环形轨道模块中，在建立空间坐标系的基础上，增加时间坐标，取系统开始时时间为零，然后设定统一时钟，确定搬运车、取货站、送货站及货物的运行状态。7.如权利要求6所述的基于虚拟现实的环形RGV半实物仿真系统，其特征在于，在所述环形轨道模块中，设置一定时间间隔（如10ms）作为环形轨道模块计算周期，每个周期计算一次各部分的当前状态。8.一种无空跑调度算法，采用贪婪算法为原则，采用一系列准则表示，每当有新任务发生，或运行中有意外情况时，就起动调度算法，重新分配任务；其特征在于，当有新搬运任务时，先按任务不变的调度算法分配搬运车，然后再次按效率优先原...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建民，李光远，杨鹏凌，张宇航，杨淏添，
申请(专利权)人：长春北方化工灌装设备股份有限公司，长春蓝舟科技有限公司，长春知和智能包装设备有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22