一种基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法，1、采用拓扑建模法对AGV运行环境进行建模；2、手动添加运输任务，针对每个任务采用Dijkstra算法进行路径规划；3、计算所有路段的时间窗，并检查所有路段的时间窗是否出现冲突，如果出现冲突则重新采用Dijkstra算法进行路径规划，并计算等待代价函数CW和二次规划代价函数CR的数值，如果没有出现冲突则按照原路径行驶并结束；4、比较两个函数的值，如果CW＞CR则按照重新规划的路径行驶并结束，如果CW≤CR则进入按照原路径行驶并结束。本发明专利技术提高仓储物流企业的运输效率，解决多AGV系统的路径规划冲突问题，提升企业的核心竞争力。

A conflict resolution method for time window path planning based on time cost function

The invention discloses a time cost function based on time window path planning method of conflict resolution, 1, using the topological modeling method for modeling the AGV runtime environment; 2, manually add the transport task, the path planning for each task using Dijkstra algorithm; time windows 3, the calculation section, and check the time window all sections of the conflict, if there is a conflict again using Dijkstra algorithm for path planning, and numerical calculation for the cost function of CW and the two planning cost function CR, if there is no conflict in accordance with the original path of travel and the end of 4, compared to two; the value of the function, if CW > CR in accordance with the path again planning and running over, if CW = CR is entered in accordance with the original path and end. The invention improves the transportation efficiency of the warehousing logistics enterprise, solves the conflict problem of the path planning of the multi AGV system, and promotes the core competitive power of the enterprise.

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法
本专利技术属于路径规划领域，特别涉及一种基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法。
技术介绍
AGV最早出现于上世纪50年代，可配备电磁或光学导引装置，同时配置可编程模块供开发人员灵活使用，是一种无人驾驶的智能化搬运设备，是现代工业自动化物流系统的重要设施之一。发展智能AGV小车代替人工运输，将仓库实现无人化、智能化、自动化，提高运输效率，减少人为干预，降低安全风险，节省运输成本，是现代仓储运输行业迫在眉睫的需求。本专利技术所涉及的冲突解决方法，适用于仓储物流企业中的多AGV运输系统。另外，随着计算机技术等前沿学科的飞速发展，路径规划技术在AGV系统运行中是不可缺少的重要组成部分。路径规划是指在具有障碍物的环境中，按照一定的评价标准(评价标准通常是时间或距离)，寻找一条从起始状态到目标状态的无碰撞路径。在本专利技术中，我们采用Dijkstra算法计算单个任务的最短路径。时间窗算法是目前多AGV系统中国内外学者比较认可的一种车辆之间冲突检测的方法。因此，在本专利技术中，我们借助时间窗来计算多AGV之间的路径冲突，并且通过计算两个代价函数来决定采取等待策略或二次规划策略来解决冲突。目前，传统仓储物流产业由于极度依赖人力资源并且效率低下的原因，已经逐渐被时代所淘汰，企业正逐步寻求自动化的生产模式来代替人工操作。AGV作为智能运输系统中最重要的一环，可以极大地节省人力成本，满足于各种类型企业的仓储运输需求，逐渐成为企业对仓储进行自动化升级的首选方案。同时多AGV系统中的资源分配和冲突问题也是当前的研究热点之一。本专利技术所设计的基于时间窗路径规划算法的冲突解决方法可以很好的满足上述需求。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种提高仓储物流企业的运输效率，解决多AGV系统的路径规划冲突问题，提升企业的核心竞争力的基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法，具体步骤如下：第一步：采用拓扑建模法对AGV运行环境进行建模，得到一张有向连接图G＝(V,E)，其中V代表图中的所有节点，E代表图中节点之间的边，节点之间的每一条边(u,v)都含有一个权值wuv，表示节点之间的距离；第二步：手动添加运输任务，并针对每个任务，采用Dijkstra算法进行路径规划；进行路径规划后会得到一条最短路径，这条路径是由一组路段(即有向连接图的边)构成的集合；第三步：根据第二步中该路段集合计算所有路段的时间窗，并检查所有路段的时间窗是否出现冲突，如果出现冲突则进入第四步，如果没有出现冲突则进入第六步；第四步：重新采用Dijkstra算法进行路径规划，并计算等待代价函数CW和二次规划代价函数CR的数值；第五步：比较两个函数的值，观察等待代价函数CW是否大于二次规划代价函数CR，如果CW＞CR此时采用等待策略的时间成本要高于采取二次规划策略的时间成本，则小车采用二次规划策略，按照重新规划的路径进行行驶，如果CW≤CR则此时二次规划策略的时间成本较高，则小车采取等待策略并进入第六步；第六步：按照原路径行驶并结束。进一步的，所述等待代价函数CW主要由等待时间代价CW1、剩余路径代价CW2、剩余路径冲突代价CW3三个分量构成，并且CW＝CW1+CW2+CW3：其中等待时间代价CW1的计算方法如下CW1＝tw其中，tw表示小车在执行任务过程中遇到冲突的等待时间；当小车由于冲突等待在某处时，运输任务完成的时间随之延迟，该等待时间可以通过时间窗向量事先获得，等待的时间越长，则采取等待策略的代价越高。剩余路径代价CW2的计算方法如下其中，|ej|表示剩余路径中边ej的距离，m表示剩余路径中起始边的编号，n表示剩余路径中终止边的编号，v表示小车的行驶速度；剩余路径代价表示小车在继续等待一段时间后，按照原先规划的路径行驶时所花费的时间，当小车剩余的路径越少，则采取等待策略的代价越低。剩余路径冲突代价CW3的计算方法如下其中，tj表示小车在行驶剩余路径的过程中在边ej的冲突代价，m表示剩余路径中起始边的编号，n表示剩余路径中终止边的编号；如果在边ej未发生冲突，则tj的值为0。剩余路径冲突代价表示小车如果不采取二次规划策略，在等待一段时间之后按照剩余路径行驶时，在剩余路径中与其他小车发生冲突进行等待的时间总和。如果与其余小车的冲突越多，则等待代价越高。进一步的，所述二次规划代价函数CR包含二次规划后的路径代价CR1和二次规划后的路径冲突代价CR2两个分量，并且CR＝CR1+CR2：其中二次规划后的路径代价CR1的计算方法如下其中，|ek|表示二次规划路径中边ek的距离，p表示二次规划路径中起始边的编号，q表示二次规划路径中终止边的编号，v表示小车的行驶速度；如果对小车进行二次规划路径，则会得到新路径的边序列，当新生成的路径距离越长，则完成运输任务所需的时间越长。二次规划后的路径冲突代价CR2的计算方法如下其中，tk表示小车在行驶二次规划路径的过程中在边ek的冲突代价，p表示二次规划路径中起始边的编号，q表示二次规划路径中终止边的编号。需要注意的是，如果在边ek未发生冲突，则tk的值为0。冲突代价表示小车采取二次规划策略后，新生成的路径与其余小车的冲突情况。如果与其余小车的冲突越多，则完成运输任务所需的时间越长。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术针对多AGV路径规划中的冲突问题，通过设置两个代价函数，对于两种常用的冲突解决策略——等待策略和二次规划路径策略进行了量化分析，将冲突的代价转换为时间成本，从而选择代价较小的策略解决冲突。本专利技术可以有效提高多AGV系统在路径规划方面的运行效率，对仓储物流企业的AGV系统化部署有着重要的意义。附图说明图1为本专利技术的总体流程图；图2为具体实施例中工厂仓库AGV工作区域平面图；图3为具体实施例中AGV工作区域地图模型图；图4为具体实施例中Dijkstra算法的节点连接图；图5为具体实施例中时间窗冲突示意图；图6为具体实施例中采取停止等待策略解决时间窗冲突示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术。AGV、路径规划算法。AGV又名自动运输车，是现代智能化物流企业的重要设备之一，是本专利技术相关算法的运行实体；路径规划算法在AGV运输系统中起到了举足轻重的作用，是AGV完成运输任务不可缺少的重要组成部分，在本专利技术中，我们首先采取Dijkstra算法对单台AGV进行路径规划，为其规划一条最短路径，随后运用时间窗算法对多台AGV之间的路径冲突进行检测，进而采取本专利技术提出的两个代价函数对相关代价进行数值上的比较，然后选择时间成本较低的策略解决路经过冲突。1AGV运行环境的建模在使用本系统前，需要对AGV运行环境进行建模，本专利技术选择拓扑法进行建模，选取企业仓库中的若干特定点与点之间可通行的路径，将其抽象为计算机科学中常用的图结构，用节点和弧边的方式表示整个运行环境。本专利技术对于建立的模型描述如下：在有向连接图G＝(V,E)中(其中V代表图中的所有节点，E表示图中节点之间的边)，它的每一条边(u,v)都含有一个权值wuv，表示节点之间的距离。图2和图3分别表示了工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：采用拓扑建模法对AGV运行环境进行建模，得到一张有向连接图G＝(V,E)，其中V代表图中的所有节点，E代表图中节点之间的边，节点之间的每一条边(u,v)都含有一个权值wuv，表示节点之间的距离；第二步：手动添加运输任务，并针对每个任务，采用Dijkstra算法进行路径规划；第三步：计算所有路段的时间窗，并检查所有路段的时间窗是否出现冲突，如果出现冲突则进入第四步，如果没有出现冲突则进入第六步；第四步：重新采用Dijkstra算法进行路径规划，并计算等待代价函数CW和二次规划代价函数CR的数值；第五步：比较两个函数的值，观察等待代价函数CW是否大于二次规划代价函数CR，如果CW＞CR则按照重新规划的路径行驶并结束，如果CW≤CR则进入第六步；第六步：按照原路径行驶并结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：采用拓扑建模法对AGV运行环境进行建模，得到一张有向连接图G＝(V,E)，其中V代表图中的所有节点，E代表图中节点之间的边，节点之间的每一条边(u,v)都含有一个权值wuv，表示节点之间的距离；第二步：手动添加运输任务，并针对每个任务，采用Dijkstra算法进行路径规划；第三步：计算所有路段的时间窗，并检查所有路段的时间窗是否出现冲突，如果出现冲突则进入第四步，如果没有出现冲突则进入第六步；第四步：重新采用Dijkstra算法进行路径规划，并计算等待代价函数CW和二次规划代价函数CR的数值；第五步：比较两个函数的值，观察等待代价函数CW是否大于二次规划代价函数CR，如果CW＞CR则按照重新规划的路径行驶并结束，如果CW≤CR则进入第六步；第六步：按照原路径行驶并结束。2.根据权利要求1所述的一种基于时间代价函数的时间窗路径规划冲突解决方法，其特征在于，所述等待代价函数CW主要由等待时间代价CW1、剩余路径代价CW2、剩余路径冲突代价CW3三个分量构成，并且CW＝CW1+CW2+CW3：其中等待时间代价CW1的计算方法如下CW1＝tw其中，tw表示小车在执行任务过程中遇到冲突的等待时间；剩余路径代价CW2的计算方法如下

【专利技术属性】
技术研发人员：李新德，何健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32