Podrobné vysvětlení automatického určování polohy vozidla a návrhu navádění na základě technologie RFID

0 Předmluva

Pro manipulaci s předměty AGV (automaticky naváděné vozidlo), navádění a polohování jsou klíčové části výzkumu. Mezi běžně používané metody navádění patří magnetické navádění [1], vizuální navádění [2], laserové navádění [3] atd. Metody určování polohy zahrnují určování polohy pomocí QR kódu [4], určování polohy pomocí radiofrekvenční identifikace RFID [5], určování polohy pomocí ultrazvuku atd. Mezi nimi magnetické naváděcí magnetické proužky se snadno pokládají, snadno se mění cesty, radiofrekvenční identifikace se snadno kontaminuje a neinterferuje se zvukem a světlem. Magnetické naváděcí AGV integrující technologii RFID jsou proto široce používány v automatizované výrobě a dopravě.

Mnoho vědců provedlo výzkum technologie RFID v magnetickém navádění. Gu Jiawei a kol. [6] implementovali navigaci AGV zápisem čísel štítků a parametrů řízení pohybu do elektronických štítků. Li Ji [7] používal určování polohy pomocí RFID a používal horizontální magnetické proužky k dokončení otáčení vozidla, parkování a dalších akcí. Luo Yujia [8] opravil režim otáčení AGV a použil informace z tagu k dosažení otočení o 90° a 180°.

Většina z výše uvedené literatury píše akční instrukce v elektronických značkách. Vzhledem k uloženým informacím o jedné instrukci je míra využití tagů nízká. Když je skutečná cesta složitá, je třeba uspořádat více značek, což není vhodné pro plánování a vedení cesty. Na základě předchozího výzkumu si tento článek klade za cíl vyřešit problém navádění AGV na komplexních cestách a navrhuje algoritmus příkazu akce vozidla. Akční příkazy jsou generovány podle plánovací úlohy a ukládány do řídicího systému vozidla. Štítky se používají pouze jako identifikace polohy pro zlepšení flexibility jízdy vozidla.

1. Modelování jízdních map

1.1 Kompozice mapy

Mapa se skládá z naváděcích magnetických proužků a pracovních stanic, jak je znázorněno na obrázku 1. Obě jsou znázorněny čarami a obdélníky. g představuje pracovní stanici, veličina je h a je očíslována podle vzorce (1) (číslo na pravé straně malého obdélníku na obrázku), potom lze sadu pracovních stanic vyjádřit jako G = {g1, g2, g3,..., gh}. l představuje čáru a číslo je n. Je stanoveno, že čísla vodorovných a svislých řádků by měla být reprezentována sudými čísly a lichými čísly a číslována podle vzorce (2) (čísla v kruzích na obrázku). Sada řádků je L={l1, l2,..., ln}.

Na základě aplikačního scénáře tohoto článku je stanoveno, že AGV pojede vzad, kromě případů, kdy se vidlice při vjezdu do pracovní stanice posune dopředu, a zpomalí na křižovatkách tratí a při vjezdu na pracovní stanici.

1.2 Rozvržení elektronického štítku

1.2.1 Umístění štítků souvisejících s pracovními stanicemi

Na obrázku 2 představují pi1, pi2,..., pi7 polohu elektronického štítku. Obrázek 2(a) ukazuje AGV jedoucí rovně a vjíždějící do pracovní stanice gi zleva. Je předepsáno zpomalení při pi3, pi5, pi4 a pi7, změna z jízdy vzad na jízdu vpřed, vpřed, odbočení vpravo a zastavení. Obrázek 2(b) ukazuje AGV ustupující a odbočující doleva, aby opustil pracovní stanici. Ustupuje rovně, ustupuje a zatáčí doleva a zrychluje na pi7, pi6 a pi1. Vstup a výstup AGV z pravé strany pracovní stanice je podobný jeho vstupu a výstupu z levé strany. Definujte pik jako k-tou značku (k∈{1, 2,...,7}) související s pracovní stanicí gi, která je uspořádána podle obrázku 2. Její složení je reprezentováno maticí S1 jako:

1.2.2 Uspořádání štítků řádků

Umístěte dva elektronické štítky na oba konce každého řádku. Sja představuje a-tou značku na řádku lj, a={1, 2, 3, 4}. Je stanoveno, že Sj1, Sj2, Sj3 a Sj4 jsou uspořádány postupně na lj podél kladného směru souřadnicové osy a úsečka mezi Sj1 a Sj4 je rozsah přímky lj. Vozidlo provádí pokyny k otáčení na Sj1 a Sj4, aby vstoupilo do dalších linek, a provádí pokyny ke zrychlení nebo zpomalení na Sj2 a Sj3, aby zrychlilo při vjezdu do lj a zpomalilo, když vyjíždí z lj. Popisky na všech řádcích jsou reprezentovány maticí S2 znázorněnou v rovnici (4). Rozložení všech štítků ve finální mapě je znázorněno na obrázku 3.

2. Algoritmus akční instrukce

Nejprve zakódujte značky, poté určete pořadí předávání každé značky podle plánovací cesty a nakonec vygenerujte pokyny k akci na základě třídění značek.

2.1 Kódování elektronického štítku

Kódováníformát elektronického štítku je znázorněn na obrázku 4, kde x a y představují souřadnice štítku v mapě, 'pro' představuje atribut, tedy typ akčních pokynů, které může vozidlo provést na štítku, 'řádku' představuje čáru a 'sedni' Označuje příslušné číslo pracovní stanice. Podle jízdního režimu AGV na lince se 'pro' bit Sj1 a Sj4 je '01', což znamená soustružení, a 'pro' bit Sj2 a Sj3 je '02', což znamená zrychlení a zpomalení. Bit ‚line‘ Sja je číslo řádku j a bit ‚sit‘ je reprezentován nulou. The 'pro' bit označení pik je znázorněn v tabulce 1 podle způsobu, jakým AGV vstupuje a vystupuje ze stanice. 'čára' bit je číslo řádku, kde se nachází pi1, a 'sit' bit je číslo stanice, které se k němu vztahuje.

2.2 Stanovení a výběr trasy

Mezi nimi w představuje cestu a číslo je m (m≥m0). Potom lze matici složenou ze všech cest vyjádřit jako W = [w1, w2,..., wm]T. ltx představuje x-tou linii cesty wt, kde wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, za předpokladu, že přímka je součástí t-té cesty. Největší číslo je n1, pak W je matice řádu m×n1. Pokud je počet řádků menší než n1, nedostatečná část je reprezentována 0 a matice cesty je reprezentována rovnicí (6):

2.3 Způsob řazení štítků plánovací cesty

Pro štítky na libovolných dvou spojených řádcích jsou první a druhý řádek reprezentovány lu a lv. Štítky na lu jsou Su1, Su2, Su3 a Su4 a štítky na lv jsou Sv1, Sv2, Sv3 a Sv4. r0 představuje značenou sekvenci od lu do lv. Předpokládejme, že souřadnice Su1 jsou (x1, y1) a souřadnice Sv1 jsou (x2, y2). Porovnáním těchto dvou souřadnic lze odvodit vztah relativní polohy mezi lu a lv:

První případ: x1》x2, y1》y2, jak je znázorněno na obrázku 5(a) a obrázku 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Druhý případ: x1》x2, y1》y2, pokud lu je liché číslo, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, což odpovídá obrázku 5(c); jinak r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, což odpovídá obrázku 5(d). Stejně tak lze usuzovat na uspořádání prvků r0 v jiných případech.

Pro cestu wβ nejprve vyberte štítky na každém řádku podle rovnice (4) a poté je uspořádejte v pořadí, v jakém vozidla procházejí každým štítkem na trase. Postup je následující:

(1) Uvažujme lβ1 a lβ2 jako první a druhou přímku a určete jejich polohový vztah na základě vztahu souřadnic. Seřaďte podle dvouřádkových pravidel řazení štítků a vložte seřazené výsledky do pole r1;

(2) Považujte lβ2 a lβ3 za první a druhý řádek pro třídění a přidejte výsledek třídění značky lβ3 do pole r1;

(3) Uspořádejte značky pro řádky lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif způsobem podobným kroku (2).

Odstraňte značky v r1, které neprošly přes lj1 a lj2 podle způsobu, jakým AGV vstupuje a vystupuje z pracovní stanice. V tomto okamžiku je počet prvků v r1 reprezentován b1.

2.4 Pokyny k činnosti

Formát příkazu akce je znázorněn na obrázku 6. Prvních 5 číslic je kód elektronického štítku a 'ins' bit je akční příkaz prováděný AGV na značce odpovídající prvním 5 číslicím. Kód je kódován podle své funkce, jak je uvedeno v tabulce 2. Když AGV cestuje z výchozí stanice gs do cílové stanice ge, cestuje v pořadí opuštění stanice, cestování po trase a vjezd do stanice. Čtečka RFID pokračuje ve čtení informací z pozemní značky a přenáší je do řídicího systému vozidla. Chcete-li dokončit úlohu plánování, provádějte pokyny postupně podle podmínek. Podmínkou je, že aktuálně čtená informace příznaku je konzistentní s bitem kódování příznaku instrukce, která má být provedena.

2.4.1 Akční příkaz opustit stanici

R1 představuje sadu akčních instrukcí pracovní stanice. Pokud AGV vyjíždí ze stanice zleva, přidejte '00', '01' a '05' respektive za kódováním štítku pomocí 'pro' bitů '09', '08' a '03' v řádku S od S1, jinak Přidat '00', '02' a '05' respektive po zakódování značek, jejichž 'pro' bity jsou '09', '08' a '07' v řadě S S1 a použijte je jako 1., 2nd a 3. v R1 v pořadí. pokyny k akci.

2.4.2 Pokyny k akci

Určete akční pokyny podle 'pro' bit pro značky b1 v r1, resp. R2 představuje sadu instrukcí akce cesty a Obrázek 7 ukazuje proces jejího rozhodování.

2.4.3 Příkaz akce vstupu na pracovní stanici

R3 představuje sadu akčních instrukcí pracovní stanice. AGV vstoupí do pracovní stanice zleva a přidá '06', '07' a '04' respektive za kódy štítků '05', '07', '06' a '09' v 'pro' pozice řádku e z S1. , '08'; v opačném případě přidejte '06', '07', '03', '08' respektive za kódováním štítku '05', '03', '04' a '09' v řadě. A postupně jako 1., 2., 3. a 4. instrukce v R3.

3. Výsledky testů a analýzy

Vyberte stanice 12, 13, 17 a 18 pro testování. Kódování štítku je znázorněno na obrázku 8. První dvě číslice jsou souřadnice x, 3. až 4. číslice jsou souřadnice y, 5. až 6. číslice představují atributy, 7. až 8. číslice jsou čísla řádků, kde se nacházejí, a poslední dvě číslice se k ní vztahují. Číslo stanice.

Akční příkazový program vozidla byl napsán ve VC++ 6.0 a jako testovací objekt byl vybrán model automobilu založený na architektuře ARM a integrovaný s modulem RC522 pro radiofrekvenční identifikaci. Obrázek 9 ukazuje skutečný provozní diagram vozidla po položení vodících čar a umístění štítků. Test ukazuje, že vozidlo může dokončit úkol dispečinku podle očekávání. Obrázek 10 ukazuje metodu vedení zápisu akčních instrukcí do tagu. AGV dokončuje akce, jako je zrychlení a zpomalení, provedením instrukcí v tagu. Vzhledem k tomu, že interní příkazové informace pozemních značek byly určeny po umístění, může vozidlo při projetí každého štítku dokončit pouze určitou pevnou akci. Metoda vedení je poměrně jednoduchá a má špatnou flexibilitu.

Vyberte různé výchozí stanice a cílové stanice, které chcete kombinovat, představující různé úlohy plánování. V C++ 6.0 jsou výsledky každé operace zobrazeny na obrázku 11. Prvních 10 číslic každé instrukce akce jsou kódy elektronických tagů a poslední dvě číslice Bit označují akci, kterou AGV na tagu provedl.

Trasy jízdy úkolů 1 a 2 jsou 20→22→24, respektive 20→22→21→18. AGV prošlo štítkem 4610012200. V úloze 1 není žádná instrukce odpovídající tomuto štítku. AGV zde neprovádí žádné pokyny. Linka 22 jede stále rovně a vjíždí do linky 24; příkaz odpovídající tomuto označení v úloze 2 je 461001220002 a poslední dvě číslice '02' indikují, že AGV couvá a otáčí se zde doprava, přičemž vstupuje na řádek 21 z řádku 22. Porovnání ukazuje: AGV provádí instrukci pouze na tagu, který splňuje podmínky provedení instrukce akce.

Trasy jízdy úkolů 3 a 4 jsou 24→21→16→14, respektive 24→21→18. Všechna AGV prošla štítkem 4722012100. V úloze 3 je odpovídající příkaz AGV na tomto štítku 472201210002 a poslední dvě číslice '02' reprezentovat AGV couvá a odbočuje doprava a vjíždí na linku 16 z linky 21; příkaz odpovídající tomuto označení v úloze 4 je 472201210001 a poslední dvě číslice '01' indikují, že AGV zde couvá a odbočuje doleva a vjíždí na řádek 18 z řádku 21. Porovnání ukazuje: AGV může provádět různé instrukce na stejném štítku při plnění různých úkolů, což zvyšuje flexibilitu řízení.

4 Shrnutí

Tento článek používá elektronické štítky jako identifikaci polohy a akční pokyny jsou generovány algoritmy podle konkrétních úkolů a uloženy v řídicím systému vozidla, takže vozidlo může provádět různé akční pokyny při míjení stejného elektronického štítku během různých úkolů, což nahrazuje tradiční V navigační metodě je trasa jízdy pevná a pokyny prováděné na štítku jsou jediné. Tato metoda řeší problém navádění vozidel na složitých drahách, zlepšuje flexibilitu jízdy a využití štítků a má určitou aplikační hodnotu.