一种同轨双AGV的物料分配及协同调度方法技术

本发明专利技术公开一种同轨双AGV的物料分配及协同调度方法，采用交叉选取算法得到最优的物料分配方案，然后使用基于改进进化算法的协同调度策略，使同轨双AGV协同调度实现最佳优化，提升工业生产效率。本发明专利技术全面考虑到了双AGV可能出现的各种冲突状态，然后制定合理的冲突解决策略，同时也考虑到了同槽货物装载时可能出现的违背约束情况，采取了合理的同槽货物选取策略来应对各种情况。

【技术实现步骤摘要】
一种同轨双AGV的物料分配及协同调度方法
本专利技术属于自动引导运输车的
，具体涉及一种应用于同轨双AGV的基于交叉选取算法的物料分配方法与基于改进进化算法的协同调度方法。
技术介绍
在工业生产中，实现多个自动引导运输车(AutomatedGuidedVehicle，AGV)的高效协同是提高物流信息化、自动化水平、与其他系统无缝对接的保障。其中，物料分配策略和协同调度策略对AGV系统的效率影响最大，合理的物料分配策略可以提升双AGV调度的效率，而协同调度策略更是决定了企业自动化水平，设计稳定、高效的双AGV调度策略成为企业尤为重视的一个环节。目前，物料分配策略和协同调度策略仍不够合理或者过于复杂，任务分配策略和AGV之间的冲突解决策略容易出现堵塞甚至死锁现象，单一轨道、AGV装卸货时间等约束导致协同调度效率并没有达到最佳。
技术实现思路
为了克服现有物料分配策略和协同调度策略存在的缺陷，本专利技术公开了一种同轨双AGV的物料分配及协同调度方法，采用交叉选取算法得到最优的物料分配方案，然后使用基于改进进化算法的协同调度策略，使同轨双AGV协同调度实现最佳优化，提升工业生产效率。为了解决现有技术的问题，本专利技术的技术方案包括以下步骤：步骤(1)：基于交叉选取算法求解出最佳的物料分配方案，具体包括以下步骤：步骤(1.1)：以运输轨道的中点作为分界点，位于同侧的任务分配给同侧的AGVi,i＝1或2，其他任务放入备选任务集；同时计算AGVi所有分配任务的总完成时间Totali，以及AGV3-i所有分配任务的总完成时间Total3-i；所述的位于同侧的任务分配给同侧的AGVi具体是指代任务的起点与终点都在运输中点的同侧，则将该任务分配给位于运输中点同侧的AGVi，i＝1或2。备选任务集内第j个备选任务的起点至运输线中点的距离与终端至运输线的中点的距离作比较，若起点至运输线中点的距离较小，则第j个备选任务分配给与起点不同侧的AGV，若终端至运输线中点的距离较小，则第j个备选任务分配给与终点不同侧的AGV。AGV内所有备选任务以与AGV不同侧的起点或终点和运输线中点的距离按照从小到大排序，最小值对应的任务为最上层任务；上述AGVi，AGV3-i分别表示物流设备中位于同一运输轨道上的两个相同性能结构参数的AVG。步骤(1.2)：设备选任务目录的最上层任务为taskij，当Totali＞Total3-i时，将任务taskij分配给AGV3-i；当Totali＝Total3-i时，将任务taskij分配给AGVi。约束条件：任务分配满足AGVi和AGV3-i的总任务时间接近；其中，Tnum表示任务的数量，表示第j个任务分配给AGVi的情况，Sj表示第j个任务起始货槽的编号，Ej表示第j个任务终止货槽的编号，t代表AGV经过一个货槽花费的时间，T表示AGV装卸货花费的时间。步骤(1.3)：更新Totali和Total3-i，若所有任务都已分配完毕，转到步骤(1.4)；否则，转到步骤(1.2)。步骤(1.4)：将AGVi分配的所有任务作为AGVi的任务清单，然后执行基于改进进化算法的协同调度策略。步骤(2)：基于改进进化算法的协同调度策略，具体包含以下步骤：步骤(2.1)：以Δt为时间步长，两台AGV同时从机库出发的时间为t＝0时刻，设置迭代次数为k次；步骤(2.2)：生成初始种群：所有任务使用贪心算法得到初始计划矩阵Y0，然后随机调换两个任务生成新的任务矩阵Yα，1≤α≤ε-1，重复ε-1次，得到初始种群Y＝{Y0,Y1,Y2,…,Yε-1}，ε表示任务总数。步骤(2.3)：设定同槽任务和AGV冲突约束条件，以任务规划矩阵的代价时间最小作为优化目标。目标函数：Td＝TB+TC公式(3)其中Td表示任务规划矩阵的代价时间。总空载时间TC公式如下：其中，t′表示第t′时刻，T'表示任务完成时的时刻，表示t′时刻AGVi是否在第n个货槽，若是则为1，若不是则为0，表示AGVi第k次在第n个货槽上停留的时间，N表示货槽的数量，表示AGVi在第n个货槽上停留的次数，表示t′时刻AGVi是否正在执行物料编号为m的任务，若是则为1，若不是则为0，M表示一次运输任务过程中的最大物料编号；其中n＝0时表示AGVi自身机库的位置，n＝N+1时表示AGV3-i自身机库的位置。AGVi缓冲时间TB公式如下：其中表示AGVi执行物料编号为m的任务时第k次在第uv个货槽上停留的时间，Um＝{u1,u2,...,uv,...,uτ}表示AGVi执行物料编号为m的任务时运输路径上所有货槽编号集合，其中货槽的编号按照从起点至终点排序，u1表示运输路径上起点货槽的编号，uτ表示运输路径上终点货槽的编号，τ表示Um内元素的数量。同槽任务约束条件：遍历AGVi所有任务，判断当前任务物料是否为最上层物料，若是则搬运，若不是则将当前任务放至任务矩阵最后一行；若还有任务未执行，则原地等待另一台AGV完成任务后再次遍历AGVi未执行任务能否执行，重复上述操作，直至所有任务完成执行。AGV冲突约束条件：期望移动距离长的AGV避让期望移动距离短的另一AGV。所述期望移动距离指的是AGV当前位置到任务终点的距离。步骤(2.4)：筛选优秀个体，对于初始种群Y中的ε个任务规划矩阵，分别计算其对应的代价时间，根据代价时间从小到大升序排序，筛选出其中前0.4ε的个体直接进入下一代。同时，对于剩余的0.6ε个个体，按照轮盘赌方法随机选出其中的0.1ε个个体进入下一代；步骤(2.5)：生成子代种群，对于父代的0.5ε个个体，每个任务规划矩阵随机交换两个任务，形成新的0.5ε个个体，与父代的0.5ε个个体共同作为子代，若迭代次数尚未达到设定的次数则转到步骤(2.4)，若迭代次数已经达到k则转到步骤(2.6)；步骤(2.6)：获得最终结果，对最后一代的个体计算代价时间，并按照从小到大升序排序，选出所用代价时间最少的任务规划矩阵作为两个AGV的最优任务规划矩阵，将该矩阵的代价时间作为两个AGV的最优代价时间之和。与现有技术相比，本专利技术方法具有以下优点：1.高效性：通过数学建模方式对同轨双AGV问题进行研究，针对得到的约束性条件构造出交叉选取算法得到高效率的物料分配策略，然后采用贪心算法和改进的进化算法得到高效率的协同调度策略，实现同轨双AGV的最佳效率，经过多次实验可以得到该方法比一般方法可以得到6.31％的性能提升。2.合理性：全面考虑到了双AGV可能出现的各种冲突状态，然后制定合理的冲突解决策略，同时也考虑到了同槽货物装载时可能出现的违背约束情况，采取了合理的同槽货物选取策略来应对各种情况。3.速度快：使用高效的算法如贪心算法、交叉选取算法和改进进化算法等降低了时间复杂度，减少了求解花费的时间，并实现一定约束下的最优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同轨双AGV的物料分配及协同调度方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤(1)：基于交叉选取算法求解出最佳的物料分配方案，具体是：/n步骤(1.1)：以运输轨道的中点作为分界点，位于同侧的任务分配给同侧的AGV

【技术特征摘要】
1.一种同轨双AGV的物料分配及协同调度方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤(1)：基于交叉选取算法求解出最佳的物料分配方案，具体是：
步骤(1.1)：以运输轨道的中点作为分界点，位于同侧的任务分配给同侧的AGVi,i＝1或2，其他任务放入备选任务集；同时计算AGVi所有分配任务的总完成时间Totali，以及AGV3-i所有分配任务的总完成时间Total3-i；
备选任务集内第j个备选任务的起点至运输线中点的距离与终端至运输线的中点的距离作比较，若起点至运输线中点的距离较小，则第j个备选任务分配给与起点不同侧的AGV，若终端至运输线中点的距离较小，则第j个备选任务分配给与终点不同侧的AGV；
AGV内所有备选任务以与AGV不同侧的起点或终点和运输线中点的距离按照从小到大排序，最小值对应的任务为最上层任务；
步骤(1.2)：设备选任务目录的最上层任务为taskij，当Totali＞Total3-i时，将任务taskij分配给AGV3-i；当Totali＝Total3-i时，将任务taskij分配给AGVi；
步骤(1.3)：更新Totali和Total3-i，若所有任务都已分配完毕，转到步骤(1.4)；否则，转到步骤(1.2)；
步骤(1.4)：将AGVi分配的所有任务作为AGVi的任务清单，然后执行基于改进进化算法的协同调度策略；
步骤(2)：基于改进进化算法的协同调度策略，具体是：
步骤(2.1)：以Δt为时间步长，两台AGV同时从自身机库出发的时间为t＝0时刻，设置迭代次数为k次；
步骤(2.2)：生成初始种群：所有任务使用贪心算法得到初始计划矩阵Y0，然后随机调换两个任务生成新的任务矩阵Yα，1≤α≤ε-1，重复ε-1次，得到初始种群Y＝{Y0,Y1,Y2,…,Yε-1}，ε表示任务总数；
步骤(2.3)：设定同槽任务和AGV冲突约束条件，以任务规划矩阵的代价时间最小作为优化目标；
目标函数：
Td＝TB+TC公式(3)
其中Td表示任务规划矩阵的代价时间；
总空载时间TC公式如下：



其中，t′表示第t′时刻，T'表示任务完成时的时刻，表示t′时刻AGVi是否在第n个货槽，若是则为1，若不是则为0，表示AGVi第k次在第n个货槽上停留的时间，N表示货槽的数量，表示AGVi在第n个货槽上停留的次数，表示t′时刻AGVi是否正在执行物料编号为m的任务，若是则为1，若不是则为0，M表示一次运输任务过程中的最大物料编号；其中n＝0时表示AGVi自身机库的位置，n＝N+1时表示AGV3-i自身机库的位置。
AGVi缓冲时间TB公式如下：



其中表示AGVi执行物料编号为m的任务时第k次在第uv个货槽上停留的时间，Um＝{u1,u2,...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛云阳，袁友伟，周威炜，胡维庆，邹浩，鄢腊梅，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33