基于改进时间窗算法的多物流机器人路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进时间窗算法的多物流机器人路径规划方法，属于机器人路径规划技术领域。该方法按照任务优先级和机器人优先级，有序将搬运任务分配给每辆物流机器人；根据任务优先级分配机器人，然后利用蚁群算法根据搬运任务的起始坐标和目标坐标完成路径规划，再采用改进的时间窗算法计算物流机器人在个路径段上的时间窗，将时间窗在各条路径上有序排列，检测出存在时间窗冲突的路径，根据时间窗冲突规避策略调整或路径重规划，直到所有路径不存在时间窗冲突。本发明专利技术能有效解决在物流场景中多物流机器人之间的路径冲突问题，保证多辆物流机器人可以更安全高效地完成预定的搬运任务。的搬运任务。的搬运任务。

【技术实现步骤摘要】
基于改进时间窗算法的多物流机器人路径规划方法


[0001]本专利技术属于机器人路径规划
，涉及一种基于改进时间窗算法的多物流机器人路径规划方法。

技术介绍

[0002]多机器人的路径规划问题为：室内仓库中有多辆物流机器人在等待区等待搬运任务分配，数辆物流机器人得到搬运任务，再利用设定的全局路径规划算法为各辆机器人完成路径规划，由于多辆物流机器人会同时运行并且运行环境有限，所以各台物流机器人的运行路径会在某些节点存在路径冲突。因此需要考虑在冲突节点由哪辆物流机器人先通过、哪辆机器人避让，才能保证各辆物流机器人无碰撞地完成搬运任务，这就需要考虑各辆物流机器人的规划优先级问题以及搬运任务的优先级问题。多辆物流机器人的路径规划就是对机器人的运行时间和空间进行合理分配，完成所有物流机器人的协调运行，保证各辆物流机器人有序无碰撞地完成搬运任务。
[0003]目前常用的基于时间窗算法的路径规划，具体是计算每辆物流机器人的路径在各条路径上的占用时间段，包含物流机器人在栅格上的进入时间和离开时间，将各辆物流机器人的时间窗按照路径顺序排布，再检测每条路径在同一时间段是否只有一辆物流机器人通过，若是路径上同一时间段有多辆物流机器人需要通过，则会导致多辆物流机器人之间存在路径冲突，通过分析各条路径上的时间窗占用情况，根据各辆物流机器人的任务优先级进行时间窗重新排布，使任意路径上同一时刻只有一辆物流机器人通过。该时间窗算法的运算复杂度会随着栅格地图规模增大、物流机器人数量增多而增加。
[0004]当检测到某条路径上存在时间窗冲突时，常通过时间窗的平移、拉伸和压缩三种处理措施来解决时间窗冲突。平移操作是使低优先级机器人在冲突节点之间停车等待或是减速直到高优先级机器人通过冲突节点，对低优先级机器人的冲突时间窗进行拉伸，并将后续的时间窗按时间顺序向后平移，最终，保证各条路径上时间窗不存在冲突。而压缩操作则需要机器人进行加速运动缩短某段路径上的运行时间，该操作会增加算法的计算量，导致运行情况的波动性增大。
[0005]在仓储环境的实际使用中，多辆物流机器人协同运行时，还存在物流机器人运行情况导致的路径占用、路径冲突等问题。
[0006]因此，亟需一种能够同时解决现有方法中路径冲突问题和时间窗算法问题的多物流机器人路径规划方法。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于改进时间窗算法的多物流机器人路径规划方法，有效解决在物流场景中多物流机器人之间的路径冲突问题，保证多辆物流机器人可以更安全高效地完成预定的搬运任务。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种基于改进时间窗算法的多物流机器人路径规划方法，该方法按照任务优先级和机器人优先级，有序将搬运任务分配给每辆物流机器人；将高优先级的搬运任务分配给高优先级的机器人，低优先级的搬运任务分配给低优先级的物流机器人，然后利用蚁群算法根据搬运任务的起始坐标和目标坐标完成路径规划，再采用改进的时间窗算法计算物流机器人在个路径段上的时间窗，将时间窗在各条路径上有序排列，检测出存在时间窗冲突的路径，根据时间窗冲突规避策略调整或路径重规划，直到所有路径不存在时间窗冲突。
[0010]该方法具体包括以下步骤：
[0011]S1：根据任务优先级按顺序分配给物流机器人；
[0012]S2：使用蚁群算法为物流机器人完成路径规划，并根据改进的时间窗算法完成各辆物流机器人时间窗计算；
[0013]S3：判断当前最高优先级的物流机器人与次高优先级物流机器人的时间窗是否存在重叠，若不存在，跳转到步骤7；若存在时间窗重叠，则执行步骤S4；
[0014]S4：判断存在时间重叠的路径冲突类型是否为节点冲突，若是则低优先级物流机器人在冲突节点的前一节点停车等待，直到高优先级物流机器人通过该节点，并完成时间窗更新；否则执行步骤S5；
[0015]S5：判断存在时间重叠的路径冲突类型是否为相向冲突，若是相向冲突，则计算低优先级物流机器人从进入冲突路径的前一节点停车等待时间，再将冲突路径从搜索列表中去除，以该节点为起点重新规划到目标点的路径所需的运行时间，最终选择时间消耗最短方案，更新该方案的时间窗并跳转至步骤S3；若不存在相向冲突，执行步骤S6；
[0016]S6：判断存在时间重叠的路径冲突类型是否为追赶冲突，若是追赶冲突，对两辆物流机器人进行路权分析，若两者的行驶顺序不会给对方到达目标点造成障碍，则跳转到步骤S3；若是将会造成障碍，则将两辆物流机器人存在冲突的路径节点从搜索列表中去除，使用蚁群算法重新为低优先级物流机器人搜索次优路径，并完成时间窗更新，跳转至步骤S3；
[0017]S7：判断是否完成所有任务，若完成全部任务，则继续执行步骤S8；若未完成，则跳转步骤S3；
[0018]S8：结束。
[0019]进一步，步骤S1中，任务优先级的分配规则为：(1)搬运任务按照优先级从高到低依次分配；(2)每辆物流机器人同一时间只能分配一个任务；(3)每个搬运任务只能分配给一辆物流机器人。
[0020]进一步，步骤S1中，每辆物流机器人都有固定的ID号，物流机器人的优先级由ID号决定，优先级高的机器人可以优先获得搬运任务，ID号越小，优先级越高；
[0021]物流机器人状态分为：取货状态、运行状态、空闲状态、充电状态、故障状态；处于充电状态和故障状态的物流机器人不会出现在搬运任务分配的列表中；处于取货状态的物流机器人表明正在货架区域等待货物拣选，便不存在任务分配的序列中；处于运行状态的机器人表明已经完成任务分配去往拣货区域或是完成拣货去往目标区域运送货物；空闲状态的机器人便会出现在任务分配的机器人列表中，列表排位顺序按照ID号大小排列；处于空闲状态的物流机器人的ID号来确定机器人的优先级，ID号越小优先级越高，优先搬运任务分配。
[0022]进一步，改进的时间窗算法包括：考虑完物流机器人状态后，如果两辆物流机器人
优先级相同，通过路径占用权的关系确定物流机器人的优先级；
[0023]如果物流机器人R1的目标点在物流机器人R2最优路径上，则应该满足ρ1<ρ2，R2拥有优先路径规划的权利，避免出现死锁；其中，ρ1为R1的路径占用权，ρ2为R2的路径占用权；
[0024]如果物流机器人R1的起点在物流机器人R2的最优路径上，则应该满足ρ1>ρ2，R1拥有优先路径规划的权利，避免出现死锁。
[0025]当出现多个物流机器人优先级形成互相占用时，根据不同的冲突类型采取不同的冲突规避策略。
[0026]进一步，在完成任务分配和路径规划之后，使用时间窗算法对任务路径进行时间窗检测，判断各条路径之间是否存在时间窗冲突，若是不存在冲突，则按照任务路径执行即可，若是存在冲突，则根据相应的冲突类型采取对应的冲突规避策略完成时间窗排布，解决时间窗冲突，时间窗算法的冲突规避策略一般有停车等待、路径重规划、速度调节几种类型。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进时间窗算法的多物流机器人路径规划方法，其特征在于，该方法按照任务优先级和机器人优先级，有序将搬运任务分配给每辆物流机器人；将高优先级的搬运任务分配给高优先级的机器人，低优先级的搬运任务分配给低优先级的物流机器人，然后利用蚁群算法根据搬运任务的起始坐标和目标坐标完成路径规划，再采用改进的时间窗算法计算物流机器人在个路径段上的时间窗，将时间窗在各条路径上有序排列，检测出存在时间窗冲突的路径，根据时间窗冲突规避策略调整或路径重规划，直到所有路径不存在时间窗冲突。2.根据权利要求1所述的多物流机器人路径规划方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：根据任务优先级按顺序分配给物流机器人；S2：使用蚁群算法为物流机器人完成路径规划，并根据改进的时间窗算法完成各辆物流机器人时间窗计算；S3：判断当前最高优先级的物流机器人与次高优先级物流机器人的时间窗是否存在重叠，若不存在，跳转到步骤7；若存在时间窗重叠，则执行步骤S4；S4：判断存在时间重叠的路径冲突类型是否为节点冲突，若是则低优先级物流机器人在冲突节点的前一节点停车等待，直到高优先级物流机器人通过该节点，并完成时间窗更新；否则执行步骤S5；S5：判断存在时间重叠的路径冲突类型是否为相向冲突，若是相向冲突，则计算低优先级物流机器人从进入冲突路径的前一节点停车等待时间，再将冲突路径从搜索列表中去除，以该节点为起点重新规划到目标点的路径所需的运行时间，最终选择时间消耗最短方案，更新该方案的时间窗并跳转至步骤S3；若不存在相向冲突，执行步骤S6；S6：判断存在时间重叠的路径冲突类型是否为追赶冲突，若是追赶冲突，对两辆物流机器人进行路权分析，若两者的行驶顺序不会给对方到达目标点造成障碍，则跳转到步骤S3；若是将会造成障碍，则将两辆物流机器人存在冲突的路径节点从搜索列表中去除，使用蚁群算法重新为低优先级物流机器人搜索次优路径，并完成时间窗更新，跳转至步骤S3；S7：判断是否完成所有任务，若完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘想德，唐文，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：