基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法技术

本发明专利技术涉及一种基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法，包括以下步骤：步骤S1:基于仓储物流场景，利用图论，建立多自动化导引小车系统中导引小车之间的通信拓扑结构，包括博弈参与者模型和障碍物环境模型；步骤S2:利用人工势场法设计自动导引小车在博弈参与者模型中的运行成本函数;步骤S3:将受感知和通信限制的多自动化导引小车系统的物流仓储协调问题看作分布式微分博弈问题，建立分布微分博弈模型；步骤S4:利用庞特里亚金最小值原理，分析局部最优协调策略的存在性以及唯一性，并求解局部最优协调策略的表达形式，给出了从局部最优协调到全局纳什均衡的收敛条件，得到最优协调方案。本发明专利技术可以减少智能体到达目标点的时间，并且提升了自动导引小车的可扩展性。并且提升了自动导引小车的可扩展性。并且提升了自动导引小车的可扩展性。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法


[0001]本专利技术涉及多自动导引小车系统协调控制
，具体涉及一种基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，自动化导引小车成为现代仓储物流的核心组成部分，可以减少运输时间，减轻人力负担。近几年，关于多自动导引小车系统的有效协调策略的研究引起了许多研究学者的关注。该协调策略在考虑全局目标的同时，可以有效的实现局部目标要求，最大化仓储物流的经济效益，可以使自动导引小车在仓储物流中执行各自给定的任务时，提高仓储物流的运输效率。即在避免碰撞的同时，高效完成运输任务。考虑到自动导引小车在仓储物流中的感知及通信有限，所以分析有限通信下的自动导引小车的协调问题是非常有实际意义的。
[0003]为了提高仓储物流的运输效率，自动导引小车应该保证安全高效的完成给定的运输包裹任务。因此，一个好的协调策略需要优化轨迹，是提高自动化导引小车运输效率的关键。目前，主要分为两种协调策略，基于协商的策略和基于规划的策略。基于协商的策略是一种贪婪算法，最终策略不能实现最优协调。基于规划的策略通常是最优的，但是随着自动导引小车数目的增加，计算量增大，可扩展性较差。
[0004]博弈论可以从群体性能的角度优化每个自动导引小车的行为，以实现纳什均衡，进一步改善群体性能。尤其是，微分博弈可以量化多自动导引小车之间的动态交互以及冲突过程，经常被用到解决协调问题中，如，追逃问题，编队问题。文献(Mylvaganam T,Sassano M,Astolfi A.Adifferential game approachto multi
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agent collision avoidance[J].IEEE Transactions onAutomatic Control,2017,62(8):4229
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4235.)首次利用微分博弈的方法解决了协调避碰策略问题。包括文献(LinW,Qu Z,Simaan MA.Nash strategies forpursuit
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evasion differential games involving limited observations[J].IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems,2015,51(2):1347
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1356.)提出了一种构建反馈追逃策略的方法，该方法不依赖于智能体的全局状态信息。文献(de la Cruz N,Jimenez
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Lizarraga M.Finite time robust feedbackNash equilibrium for linear quadratic games[J].IFAC
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PapersOnLine,2017,50(1):11794
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11799.)建立了一种带有外部干扰的集中式微分博弈模型，将外部干扰看作最大化成本函数的虚拟玩家，但没有考虑智能体的有限通信能力，文献(FuY,Chai T.Online solution oftwo
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player zero
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sum games for continuous
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time nonlinear systems with completely unknown dynamics[J].IEEE transactions on neural networks and learning systems,2015,27(12):2577
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2587.)构建了一种分布式的不确定零和微分博弈，得出了局部鲁棒纳什均衡，但没有严格的理论保证。为了实现多智能体全局任务的协调性，需要局部鲁棒纳什均衡的全局收敛性保证。上述尽管可以成功解决多智能体避碰问题，但是不能直接的应用于仓储物流中解决自动导引小车协调避碰问题。主要因为，首先所获得
的局部最优解不能提高自动导引小车的工作效率；其次，自动导引小车的通信假设是完美的，不受通信限制。
[0005]因此，为了解决这一将微分博弈方法引入到避碰问题中产生的完成任务效率低的难题，可以结合分布式优化方法考虑引入人工势场法设计避碰规则。设计一种分布式微分博弈协调避碰策略方法。当前现有的技术提出的微分博弈的解决方案主要聚焦于全局信息已知的情况下，对于分布式微分博弈方法仍很少应用在物流仓储中自动导引小车的避碰问题中，无法提供合适的解决方案。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法，旨在解决上述问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1:基于仓储物流场景，利用图论，建立多自动化导引小车系统中导引小车之间的通信拓扑结构，包括博弈参与者模型和障碍物环境模型；
[0010]步骤S2:利用人工势场法设计自动导引小车在博弈参与者模型中的运行成本函数；
[0011]步骤S3:将受感知和通信限制的多自动化导引小车系统的物流仓储协调问题看作分布式微分博弈问题，建立分布微分博弈模型；
[0012]步骤S4:利用庞特里亚金最小值原理，分析局部最优协调策略的存在性以及唯一性，并求解局部最优协调策略的表达形式，给出了从局部最优协调到全局纳什均衡的收敛条件，得到最优协调方案。
[0013]进一步的，所述仓储物流场景，具体包括
[0014]1)任务分配：在工作环境中，工作人员将运输包裹的命令指派给相应合适的自动导引小车；
[0015]2)包裹收集：自动导引小车接收到命令后，从充电站运行到相应的货架拾取包裹；
[0016]3)包裹运输：当自动化导引小车拣取完所有指派的包裹后，将包裹运输到指定的需求位置；
[0017]4)返回充电站：当自动导引小车执行完包裹运输任务后，返回到最近的充电站。
[0018]进一步的，所述博弈参与者模型，具体为：
[0019]自动化导引小车动态方程具体形式为：
[0020][0021]式中，p
i
(t)及分别为t时刻第i个自动化导引小车的位置及速度信息，u
i
(t)为t时刻第i个自动化导引小车的控制输入，B
ii
为对应的常数矩阵；
[0022]自动化导引小车位置误差具体形式为：
[0023][0024]式中，为第i个自动化导引小车期望运输目标点位置，为t时刻第i个自动
化导引小车的当前运输位置与期望运输目标点的位置误差；
[0025]多自动化导引小车系统的动态方程具体形式为：
[0026][0027]式中，为t时刻自动导引小车系统的状态，为t时刻自动导引小车系统的状态变化率，N为自动导引小车数量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:基于仓储物流场景，利用图论，建立多自动化导引小车系统中导引小车之间的通信拓扑结构，包括博弈参与者模型和障碍物环境模型；步骤S2:利用人工势场法设计自动导引小车在博弈参与者模型中的运行成本函数；步骤S3:将受感知和通信限制的多自动化导引小车系统的物流仓储协调问题看作分布式微分博弈问题，建立分布微分博弈模型；步骤S4:利用庞特里亚金最小值原理，分析局部最优协调策略的存在性以及唯一性，并求解局部最优协调策略的表达形式，给出了从局部最优协调到全局纳什均衡的收敛条件，得到最优协调方案。2.根据权利要求1所述的基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法，其特征在于，所述仓储物流场景，具体包括1)任务分配：在工作环境中，工作人员将运输包裹的命令指派给相应合适的自动导引小车；2)包裹收集：自动导引小车接收到命令后，从充电站运行到相应的货架拾取包裹；3)包裹运输：当自动化导引小车拣取完所有指派的包裹后，将包裹运输到指定的需求位置；4)返回充电站：当自动导引小车执行完包裹运输任务后，返回到最近的充电站。3.根据权利要求1所述的基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法，其特征在于，所述博弈参与者模型，具体为：自动化导引小车动态方程具体形式为：式中，p
i
(t)及分别为t时刻第i个自动化导引小车的位置及速度信息，u
i
(t)为t时刻第i个自动化导引小车的控制输入，B
ii
为对应的常数矩阵；自动化导引小车位置误差具体形式为：式中，为第i个自动化导引小车期望运输目标点位置，为t时刻第i个自动化导引小车的当前运输位置与期望运输目标点的位置误差；多自动化导引小车系统的动态方程具体形式为：式中，为t时刻自动导引小车系统的状态，为t时刻自动导引小车系统的状态变化率，N为自动导引小车数量，B
i
为对应的常数矩阵，建立N个自动化导引小车的有向交互拓扑图G(v,ε)；其中，v＝{v1,...,v
N
}表示自动化导引小车集合，表示边的集合，e
ij
表示自动导引小车i与自动导引小车j之间的连接关系，e
ij
∈ε表示自动导引小车i可以接收自动导引小车j的信息，自动化导引小车i的邻
居集合为定义自动化导引小车i的邻居信息矩阵为：式中，I2为2
×
2单位矩阵，为克罗内克积，为除自动导引小车i外的邻居导引小车j的信息矩阵，其中仅矩阵F
i
中的第i行和以及第j行为1，其余为0；定义自动化导引小车i的局部动态方程为：式中，为t时刻自动化导引小车i的局部状态信息，为相应的常数矩阵。4.根据权利要求1所述的基于分布式微分博弈的物流仓储最优协调方法，其特征在于，所述障碍物环境模型，具体为：将物流仓储中出现的各种形状障碍物的轮廓拓展为椭圆形，定义避碰区域S
ik
为：式中，r
i
为自动化导引小车i的安全半径，是障碍物k的半径，c
k
(t)是障碍物k在t时刻的质心位置，E
k
＝I2为单位矩阵；定义感应区域D
ik
为：式中，R
i
是自动化导引小车i的感应范围；定义自由区域M
ik
为:5.根据权利要求1所述的基于分布式微分博弈的物流仓储最优...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄捷，薛文艳，林定慈，
申请(专利权)人：福州哲研智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：