一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法技术

本发明专利技术提供了一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法包括如下步骤：步骤S1、输入仓库地图和物流任务列表；步骤S2、计算任务列表中每项任务的优先级：遍历任务列表，根据当前货物的时效等级及当前AGV的剩余电量，计算每项任务的优先级；步骤S3、按优先级降序排序生成有序任务列表，使用改进CA*算法遍历有序任务列表，依次为每项任务规划可行路径，并输出所有任务路径。本发明专利技术采用改进CA*算法，在多机冲突时引入机器人原地等待行为，避免了优先级较低机器人的非必要绕路行为，能够在执行仓储系统物流任务时节省资源、提高效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法


[0001]本专利技术涉及移动机器人路径规划
，特别涉及一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法。

技术介绍

[0002]智能物流作为工业4.0的三大核心之一，得到了广泛关注；电子商务的迅猛发展亦为仓储物流行业带来了前所未有的运单量和复杂度。为了提高工作效率，自动化仓库中开始使用多个物流机器人同时配送货物。在此过程中，需要合理的多机器人路径规划算法帮助仓库中多个移动机器人避免碰撞(包括机器人与环境障碍物的碰撞、移动机器人彼此间的碰撞)，且以尽可能小的代价到达配送货物的目标位置。
[0003]A*(A
‑
Star，一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法)算法是一种经典的单机路径规划算法，它的核心思想在于指导机器人始终向代价函数最小的相邻可达节点移动。多机路径规划算法CA*继承了A*算法的代价函数，同时为了避免多移动机器人彼此间的碰撞，CA*算法引入了全局预留表，用于多机器人共享彼此计划路线的到达位置和占用时间，防止多个机器人同时占据同一个相邻可达节点。然而，CA*(Cooperative A*，是A*算法在多机器人路径规划中的一种拓展)算法的路径规划结果存在以下问题：
[0004](1)CA*算法根据任务的预设顺序一次规划一条路线，预设顺序靠前的任务获得路径并优先写入全局预留表，其后所有任务路径都不能在预留的特定时间占据特定位置。因此算法对任务的输入顺序很敏感，不同的排序方法可以使寻路的结果大不相同，需要在不同应用场景下选择合理的优先级以获得良好的性能。
[0005](2)CA*算法的冲突处理方式完全依赖于全局预留表，忽略了采取多机协同行为避让动态障碍物的可能，其代价函数亦忽略了多机器人路径规划相较于单机的特殊性，导致所得路径在代价上存在优化空间。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法，该方法基于AGV剩余电量和货物时效等级对任务进行优先级排序，为寻路机器人增加原地等待行为并改写CA*算法的代价函数，使多机器人系统获得更小总代价的路径。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供的一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法，包括如下步骤：
[0008]步骤S1、输入仓库地图和物流任务列表：仓库地图包括可行路径、位置节点及静态障碍物；物流任务列表包括所有任务的完整物流需求，具体包括各项任务中所运输货物的时效等级，完成该项任务的AGV及其起点、目标点及剩余电量；
[0009]步骤S2、计算物流任务列表中每项任务的优先级：遍历物流任务列表，根据当前货物的时效等级及当前AGV的剩余电量，计算每项任务的优先级；
[0010]步骤S3、按优先级降序排序生成有序任务列表，使用改进CA*算法遍历有序任务列
表，依次为每项任务规划可行路径，并输出所有任务路径：
[0011]所述改进CA*算法在CA*算法的基础上，考虑因其他AGV的动态障碍物暂时占用节点冲突时，引入AGV原地等待行为，以减小代价解决冲突；
[0012]所述CA*算法依赖于全局预留表，所述全局预留表用于多AGV共享彼此计划路线的到达位置和占用时间，避免多个AGV同时占据同一个相邻可达节点。
[0013]优选地，所述步骤S1中，所述仓库地图还包括仓库地图存储地图尺寸的信息。
[0014]优选地，还包括如下步骤：
[0015]步骤S4、对电量不达标的AGV进行更换，更新物流任务列表中该任务AGV及其起点、剩余电量，并更新优先级及任务路径。
[0016]优选地，所述步骤S2中计算优先级的方法具体为：
[0017]priority
j
＝k1*expressRank
j
+k2*MIN_powerLevel/powerLevel
j
[0018]其中priority
j
表示任务j的优先级；expressRank
i
是任务j的货物时效等级，expressRank
i
∈(0,1)；powerLevel
j
表示任务j中AGV剩余电量占总电池容量的百分比，MIN_powerLevel表示AGV剩余电量占总电池容量百分比的最低标准，MIN_powerLevel/powerLevel
j
∈(0,1)；k1和k2是权重参数。
[0019]优选地，所述步骤S3中，使用改进CA*算法遍历有序任务列表，依次为每项任务规划可行路径，具体包括如下步骤：
[0020]步骤S31、寻路过程中，AGV从任务起点出发，根据全局预留表，遍历当前位置节点的相邻可达节点集；
[0021]步骤S32、根据当前位置节点的相邻可达节点集，始终按代价函数指导选择原地等待或向代价最小的相邻可达节点移动，直到到达任务终点；
[0022]步骤S33、单条路径规划完成，更新全局预留表，在全局预留表中使用(x,y,t)表示坐标(x,y)处节点在t时刻已被占用，且(x,y,t)指向实施占用的AGV序号。
[0023]优选地，所述步骤S31及所述步骤S32中的所述相邻可达节点集的获得方法具体包括如下步骤：
[0024]步骤S3121、遍历当前节点的所有相邻节点，判断相邻节点是否存在静态障碍物，将不存在静态障碍物的相邻节点放入当前节点的相邻无静态障碍节点集；
[0025]步骤S3122、遍历当前节点的相邻无静态障碍节点集：将相邻无静态障碍节点记为i，当前时刻记为t，检查(x
i
,y
i
,t+1)是否存在于全局预留表中：如果存在，说明下一时刻节点i处有动态障碍物，执行步骤S3123；否则执行步骤S3126；
[0026]步骤S3123、当前AGV在当前节点原地等待w次，直到(x
i
,y
i
,t+w)不再存在于全局预留表中，记录等待次数w；
[0027]步骤S3124、将当前节点记为n，检查(x
n
,y
n
,t+w+1)是否存在于全局预留表中：如果存在，执行步骤S3125，否则执行步骤S3126；
[0028]步骤S3125、检查(x
i
,y
i
,t+w)和(x
n
,y
n
,t+w+1)是否指向相同的AGV序号：如果是，说明存在某一优先级较高、路径已定的其它AGV，在t+w到t+w+1时间内正从节点i移动至当前节点，将与当前AGV相向行驶并交换位置，导致碰撞，因此放弃节点i，返回步骤S3122；如果不是，执行步骤S3126；
[0029]步骤S3126、将节点i写入当前节点的相邻可达节点集。
[0030]优选地，所述步骤S32中所述代价函数具体为：
[0031]CA*算法的代价函数为f(n)＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、输入仓库地图和物流任务列表：仓库地图包括可行路径、位置节点及静态障碍物；物流任务列表包括所有任务的完整物流需求，具体包括各项任务中所运输货物的时效等级，完成该项任务的AGV及其起点、目标点及剩余电量；步骤S2、计算物流任务列表中每项任务的优先级：遍历物流任务列表，根据当前货物的时效等级及当前AGV的剩余电量，计算每项任务的优先级；步骤S3、按优先级降序排序生成有序任务列表，使用改进CA*算法遍历有序任务列表，依次为每项任务规划可行路径，并输出所有任务路径：所述改进CA*算法在CA*算法的基础上，考虑因其他AGV的动态障碍物暂时占用节点冲突时，引入AGV原地等待行为，以减小代价解决冲突；所述CA*算法依赖于全局预留表，所述全局预留表用于多AGV共享彼此计划路线的到达位置和占用时间，避免多个AGV同时占据同一个相邻可达节点。2.根据权利要求1所述的一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述仓库地图还包括仓库地图存储地图尺寸的信息。3.根据权利要求1所述的一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤S4、对电量不达标的AGV进行更换，更新物流任务列表中该任务AGV及其起点、剩余电量，并更新优先级及任务路径。4.根据权利要求1所述的一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法，其特征在于，所述步骤S2中计算优先级的方法具体为：priority
j
＝k1*expressRank
j
+k2*MIN_powerLevel/powerLevel
j
其中priority
j
表示任务j的优先级；expressRank
i
是任务j的货物时效等级，expressRank
i
∈(0,1)；powerLevel
j
表示任务j中AGV剩余电量占总电池容量的百分比，MIN_powerLevel表示AGV剩余电量占总电池容量百分比的最低标准，MIN_powerLevel/powerLevel
j
∈(0,1)；k1和k2是权重参数。5.根据权利要求1所述的一种基于任务优先级的多物流机器人协同路径规划方法，其特征在于，所述步骤S3中，使用改进CA*算法遍历有序任务列表，依次为每项任务规划可行路径，具体包括如下步骤：步骤S31、寻路过程中，AGV从任务起点出发，根据全局预留表，遍历当前位置节点的相邻可达节点集；步骤S32、根据当前位置节点的相邻可达节点集，始终按代价函数指...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪志强，鲁媛，李嘉诚，黑泽仁，于天宇，廖邦彦，王凡硕，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：