数字孪生的四向穿梭车优化调度方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及数字孪生的四向穿梭车优化调度方法、装置及存储介质，包括：通过构建虚拟四向穿梭车系统孪生模型，在虚拟四向穿梭车系统孪生模型中，根据所有执行任务的四向穿梭车，通过基于时间窗的A*算法获得每个任务的第一最优路径；并在第一最优路径的基础上，考虑四向穿梭车的剩余电量，对第一最优路径进行基于时间窗的加权处理，得到最终最优路径，通过上述的方案，基于时间窗的概念，考虑到四向穿梭车经过各节点的时间，有效的避免轨迹重叠，可以实现对复合调度作业的路径规划，且规划调度过程先在虚拟模型中实现，也就是可以对规划调度过程进行验证，而不像现有技术中，直接对四向穿梭车进行调度，一旦出错，将导致设备损坏。将导致设备损坏。将导致设备损坏。

【技术实现步骤摘要】
数字孪生的四向穿梭车优化调度方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及四向穿梭车调度
，具体涉及数字孪生的四向穿梭车优化调度方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]物流业是集运输、仓储、信息等产业为一体的基础性综合服务业，对国民经济发展具有战略支撑作用，其中智能仓储设备的应用推广以及密集仓储式立体化升级，在面对高增长、多样化订单市场需求时可以显著降低运行体系中的多项物流成本，提高国民经济的效率和质量。而四向穿梭车式密集仓储系统作为近年来新兴的一种新型仓储系统，具有三个维度的实时调度与运维能力，与传统的自动化立体仓库的货架形式和作业方式均不相同，为立体储存提供了新的解决方案，四向穿梭车系统主要由硬件设备和软件系统两部分组成，硬件部分主要由四向穿梭车、导轨、货物提升机及高层货架等构成，四向穿梭车可以在自动化立体仓库巷道之间的导轨上前后左右四个方向运动，同时也可以利用仓库货架之间的货物提升机来实现上下两个方向的垂直运动，四向穿梭车可以准确停留在目标货位前，并通过伸缩勾取机构取出货物，以此完成相关货物的出入库作业；
[0003]但是在现有的技术中，对四向穿梭车的作业路径规划上，尤其是复合作业的路径规划上，会因为没有考虑各个四向穿梭车到达各节点的时间，因此针对系统给多辆穿梭车下达任务时可能会出现运动轨迹重叠的问题，导致四向穿梭车产生冲突或死锁。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供数字孪生的四向穿梭车优化调度方法、装置及存储介质，以解决现有技术中，因没有考虑各个四向穿梭车到达各节点的时间，因此针对系统给多辆穿梭车下达任务时可能会出现运动轨迹重叠，导致四向穿梭车产生冲突或死锁的问题。
[0005]根据本专利技术实施例的第一方面，提供基于数字孪生的四向穿梭车优化调度方法，包括：
[0006]构建虚拟四向穿梭车系统孪生模型；
[0007]虚拟四向穿梭车系统孪生模型接收出入库作业任务，并通过出入库订单顺序优化算法得到出入库配对情况下的四向穿梭车任务顺序；
[0008]基于任务顺序，确定待出库或入库的货物所在巷道及层数，调度四向穿梭车行进到货物目标位置，执行调度作业，四向穿梭车搭载货物移动至所在层末端，向提升机发出换层调度请求，到达出库或入库的起始点；
[0009]根据所有执行任务的四向穿梭车，得到四向穿梭车集合，根据每个出库或入库任务的起始点得到起始点集合，根据每个出库或入库任务的目标点得到目标点集合，根据起始点与目标点得到节点数集合，通过A*算法获得每个任务的第一最优路径，得到第一最优路径集合；
[0010]在第一最优路径的基础上，考虑四向穿梭车的剩余电量，对第一最优路径进行基于时间窗的加权处理，得到最终最优路径；
[0011]四向穿梭车按照最终最优路径到达终点后，再完成其配对的入库或出库作业任务，完成一次完整的作业任务，根据任务顺序完成所有的作业任务；
[0012]虚拟四向穿梭车系统孪生模型完成上述调度任务后，反馈给现实四向穿梭车系统，现实四向穿梭车系统按照虚拟四向穿梭车系统孪生模型的仿真结果执行真实的调度任务。
[0013]优选地，
[0014]所述出入库订单顺序优化算法包括：
[0015]获取出库或入库任务中，影响订单任务重要度各个因素；
[0016]基于AHP或者层次分析法的1
‑
9标度法，采用两两比较的方式构造判断矩阵；
[0017]通过判断矩阵计算影响订单任务重要度的各个因素的权重；
[0018]根据各个因素的权重计算订单任务的重要度；
[0019]对每一个出库或入库任务都进行重要度计算，并应用寻优算法进行寻优配对，得到出入库配对情况下的四向穿梭车任务顺序。
[0020]优选地，
[0021]所述调度四向穿梭车行进到货物目标位置包括：
[0022]判断该巷道该层数是否有空闲的四向穿梭车，如果有空闲的四向穿梭车，则调动空闲的四向穿梭车行进到货物目标位置，如果该巷道该层数没有空闲的四向穿梭车，则根据预设的优先级调度其他巷道或其他层数的四向穿梭车；
[0023]所述预设的优先级包括：第一优先级：不同巷道但同层的空闲四向穿梭车，第二优先级：同巷道不同层的空闲四向穿梭车，第三优先级：不同巷道不同层的空闲四向穿梭车。
[0024]优选地，
[0025]所述对第一最优路径进行基于时间窗的加权处理包括：
[0026]计算每个第一最优路径的两个相邻节点之间的小路径的数量，计算每一个小路径的占有度，通过每一个小路径的占有度对小路径进行加权处理，计算四向穿梭车经过第一最优路径各个小路径的时间，得到时间窗，对每一个小路径都进行基于时间窗的加权处理，得到时间窗加权后的距离，再根据时间窗加权后的距离，通过A*算法获得最终最优路径。
[0027]优选地，
[0028]所述考虑四向穿梭车的剩余电量包括：
[0029]根据四向穿梭车当前电量状态以及能量消耗原则，对执行出库或入库任务的四向穿梭车进行未来电量预测；
[0030]使得执行一次调度任务后的四向穿梭车剩余电量大于预设的第一电量阈值；
[0031]当执行一次调度任务后的四向穿梭车的剩余电量大于预设的第一电量阈值，但小于预设的第二电量阈值时，此四向穿梭车不再调动，对剩余出库或入库任务顺序进行重排列。
[0032]优选地，
[0033]当四向穿梭车电量小于预设的第二电量阈值时，虚拟四向穿梭车系统孪生模型根据当前四向穿梭车所处位置为其匹配最近的充电桩，并调度空闲提升机将该四向穿梭车输
送到最低层；
[0034]按照计算最终最优路径的步骤规划该四向穿梭车到达目标充电桩的路径，当执行充电任务的四向穿梭车与执行出库或入库任务的四向穿梭车的路径产生冲突时，执行充电任务的四向穿梭车原地等待，执行出库或入库任务的四向穿梭车优先通过后，执行充电任务的四向穿梭车再移动。
[0035]优选地，所述得到最终最优路径后还包括：
[0036]计算每个执行任务的四向穿梭车在各自的最终最优路径上，到达每个节点的时间，根据各个四向穿梭车到达各个节点的时间，判断各个四向穿梭车之间是否存在冲突，并判断冲突类型；
[0037]当冲突类型为相向冲突时，则在产生冲突的两辆四向穿梭车中选择所执行的出库或入库任务优先级较低的一辆重新进行路径规划，求解次优路径；
[0038]如果冲突类型为节点冲突，则在产生冲突的两辆四向穿梭车中选择所执行的出库或入库任务优先级较低的一辆设定为等待状态，等待产生冲突的另一辆四向穿梭车优先通过后，更新等待状态的四向穿梭车的后续节点的时间窗，并重新规划其后续路段的最终最优路径；
[0039]重复上述步骤，直到任意两个四向穿梭车之间都不存在冲突。
[0040]优选地，所述构建虚拟四向穿梭车系统孪生模型包括：
[0041]构建硬件装备的数字孪生模型，所述硬件装备包括：四向穿梭车、提升机、多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.数字孪生的四向穿梭车优化调度方法，其特征在于，包括：构建虚拟四向穿梭车系统孪生模型；虚拟四向穿梭车系统孪生模型接收出入库作业任务，并通过出入库订单顺序优化算法得到出入库配对情况下的四向穿梭车任务顺序；基于任务顺序，确定待出库或入库的货物所在巷道及层数，调度四向穿梭车行进到货物目标位置，执行调度作业，四向穿梭车搭载货物移动至所在层末端，向提升机发出换层调度请求，到达出库或入库的起始点；根据所有执行任务的四向穿梭车，得到四向穿梭车集合，根据每个出库或入库任务的起始点得到起始点集合，根据每个出库或入库任务的目标点得到目标点集合，根据起始点与目标点得到节点数集合，通过A*算法获得每个任务的第一最优路径，得到第一最优路径集合；在第一最优路径的基础上，考虑四向穿梭车的剩余电量，对第一最优路径进行基于时间窗的加权处理，得到最终最优路径；四向穿梭车按照最终最优路径到达终点后，再完成其配对的入库或出库作业任务，完成一次完整的作业任务，根据任务顺序完成所有的作业任务；虚拟四向穿梭车系统孪生模型完成上述调度任务后，反馈给现实四向穿梭车系统，现实四向穿梭车系统按照虚拟四向穿梭车系统孪生模型的仿真结果执行真实的调度任务。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述出入库订单顺序优化算法包括：获取出库或入库任务中，影响订单任务重要度各个因素；基于AHP或者层次分析法的1
‑
9标度法，采用两两比较的方式构造判断矩阵；通过判断矩阵计算影响订单任务重要度的各个因素的权重；根据各个因素的权重计算订单任务的重要度；对每一个出库或入库任务都进行重要度计算，并应用寻优算法进行寻优配对，得到出入库配对情况下的四向穿梭车任务顺序。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调度四向穿梭车行进到货物目标位置包括：判断该巷道该层数是否有空闲的四向穿梭车，如果有空闲的四向穿梭车，则调动空闲的四向穿梭车行进到货物目标位置，如果该巷道该层数没有空闲的四向穿梭车，则根据预设的优先级调度其他巷道或其他层数的四向穿梭车；所述预设的优先级包括：第一优先级：不同巷道但同层的空闲四向穿梭车，第二优先级：同巷道不同层的空闲四向穿梭车，第三优先级：不同巷道不同层的空闲四向穿梭车。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对第一最优路径进行基于时间窗的加权处理包括：计算每个第一最优路径的两个相邻节点之间的小路径的数量，计算每一个小路径的占有度，通过每一个小路径的占有度对小路径进行加权处理，计算四向穿梭车经过第一最优路径各个小路径的时间，得到时间窗，对每一个小路径都进行基于时间窗的加权处理，得到时间窗加权后的距离，再根据时间窗加权后的距离，通过A*算法获得最终最优路径。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述考虑四向穿梭车的剩余电量包括：根据四向穿梭车当前电量状态以及能量消耗原则，对执行出库或入库任务的四向穿梭车进行未来电量预测；使得执行一次调度任务后的四向穿梭车剩余电量大于预设的第一电量阈值；当执行一次调度任务后的四向穿梭车的剩余电量大于预设的第一电量阈值，但小于预设的第二电量阈值时，此四向穿梭车不再调动，对剩余出库或入库任务顺序进行重排列。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当四向穿梭车电量小于预设的第二电量阈值时，虚拟四向穿梭车系统孪生模型根据当前四向穿梭车所处位置为其匹配最近的充电桩，并调度空闲提升机将该四向穿梭车输送到最低层；按照计算最终最优路径的步骤规划该四向穿梭车到达目标充电桩的路径，当执行充电任务的四向穿梭车与执行出库或入库任务的四向穿梭车的路径产生冲突时，执行充电任务的四向穿梭车原地等待，执行出库或入库任务的四向穿梭...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，李岩，刘泽锐，李想，王海天，
申请(专利权)人：北自所北京科技发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：