一種同軌雙AGV的物料分配及協同調度方法技術

本發明專利技術公開一種同軌雙AGV的物料分配及協同調度方法，采用交叉選取算法得到最優的物料分配方案，然后使用基于改進進化算法的協同調度策略，使同軌雙AGV協同調度實現最佳優化，提升工業生產效率。本發明專利技術全面考慮到了雙AGV可能出現的各種沖突狀態，然后制定合理的沖突解決策略，同時也考慮到了同槽貨物裝載時可能出現的違背約束情況，采取了合理的同槽貨物選取策略來應對各種情況。

【技術實現步驟摘要】
一種同軌雙AGV的物料分配及協同調度方法
本專利技術屬于自動引導運輸車的
，具體涉及一種應用于同軌雙AGV的基于交叉選取算法的物料分配方法與基于改進進化算法的協同調度方法。
技術介紹
在工業生產中，實現多個自動引導運輸車(AutomatedGuidedVehicle，AGV)的高效協同是提高物流信息化、自動化水平、與其他系統無縫對接的保障。其中，物料分配策略和協同調度策略對AGV系統的效率影響最大，合理的物料分配策略可以提升雙AGV調度的效率，而協同調度策略更是決定了企業自動化水平，設計穩定、高效的雙AGV調度策略成為企業尤為重視的一個環節。目前，物料分配策略和協同調度策略仍不夠合理或者過于復雜，任務分配策略和AGV之間的沖突解決策略容易出現堵塞甚至死鎖現象，單一軌道、AGV裝卸貨時間等約束導致協同調度效率并沒有達到最佳。
技術實現思路
為了克服現有物料分配策略和協同調度策略存在的缺陷，本專利技術公開了一種同軌雙AGV的物料分配及協同調度方法，采用交叉選取算法得到最優的物料分配方案，然后使用基于改進進化算法的協同調度策略，使同軌雙AGV協同調度實現最佳優化，提升工業生產效率。為了解決現有技術的問題，本專利技術的技術方案包括以下步驟：步驟(1)：基于交叉選取算法求解出最佳的物料分配方案，具體包括以下步驟：步驟(1.1)：以運輸軌道的中點作為分界點，位于同側的任務分配給同側的AGVi,i＝1或2，其他任務放入備選任務集；同時計算AGVi所有分配任務的總完成時間Totali，以及AGV3-i所有分配任務的總完成時間Total3-i；所述的位于同側的任務分配給同側的AGVi具體是指代任務的起點與終點都在運輸中點的同側，則將該任務分配給位于運輸中點同側的AGVi，i＝1或2。備選任務集內第j個備選任務的起點至運輸線中點的距離與終端至運輸線的中點的距離作比較，若起點至運輸線中點的距離較小，則第j個備選任務分配給與起點不同側的AGV，若終端至運輸線中點的距離較小，則第j個備選任務分配給與終點不同側的AGV。AGV內所有備選任務以與AGV不同側的起點或終點和運輸線中點的距離按照從小到大排序，最小值對應的任務為最上層任務；上述AGVi，AGV3-i分別表示物流設備中位于同一運輸軌道上的兩個相同性能結構參數的AVG。步驟(1.2)：設備選任務目錄的最上層任務為taskij，當Totali＞Total3-i時，將任務taskij分配給AGV3-i；當Totali＝Total3-i時，將任務taskij分配給AGVi。約束條件：任務分配滿足AGVi和AGV3-i的總任務時間接近；其中，Tnum表示任務的數量，表示第j個任務分配給AGVi的情況，Sj表示第j個任務起始貨槽的編號，Ej表示第j個任務終止貨槽的編號，t代表AGV經過一個貨槽花費的時間，T表示AGV裝卸貨花費的時間。步驟(1.3)：更新Totali和Total3-i，若所有任務都已分配完畢，轉到步驟(1.4)；否則，轉到步驟(1.2)。步驟(1.4)：將AGVi分配的所有任務作為AGVi的任務清單，然后執行基于改進進化算法的協同調度策略。步驟(2)：基于改進進化算法的協同調度策略，具體包含以下步驟：步驟(2.1)：以Δt為時間步長，兩臺AGV同時從機庫出發的時間為t＝0時刻，設置迭代次數為k次；步驟(2.2)：生成初始種群：所有任務使用貪心算法得到初始計劃矩陣Y0，然后隨機調換兩個任務生成新的任務矩陣Yα，1≤α≤ε-1，重復ε-1次，得到初始種群Y＝{Y0,Y1,Y2,…,Yε-1}，ε表示任務總數。步驟(2.3)：設定同槽任務和AGV沖突約束條件，以任務規劃矩陣的代價時間最小作為優化目標。目標函數：Td＝TB+TC公式(3)其中Td表示任務規劃矩陣的代價時間?？偪蛰d時間TC公式如下：其中，t′表示第t′時刻，T'表示任務完成時的時刻，表示t′時刻AGVi是否在第n個貨槽，若是則為1，若不是則為0，表示AGVi第k次在第n個貨槽上停留的時間，N表示貨槽的數量，表示AGVi在第n個貨槽上停留的次數，表示t′時刻AGVi是否正在執行物料編號為m的任務，若是則為1，若不是則為0，M表示一次運輸任務過程中的最大物料編號；其中n＝0時表示AGVi自身機庫的位置，n＝N+1時表示AGV3-i自身機庫的位置。AGVi緩沖時間TB公式如下：其中表示AGVi執行物料編號為m的任務時第k次在第uv個貨槽上停留的時間，Um＝{u1,u2,...,uv,...,uτ}表示AGVi執行物料編號為m的任務時運輸路徑上所有貨槽編號集合，其中貨槽的編號按照從起點至終點排序，u1表示運輸路徑上起點貨槽的編號，uτ表示運輸路徑上終點貨槽的編號，τ表示Um內元素的數量。同槽任務約束條件：遍歷AGVi所有任務，判斷當前任務物料是否為最上層物料，若是則搬運，若不是則將當前任務放至任務矩陣最后一行；若還有任務未執行，則原地等待另一臺AGV完成任務后再次遍歷AGVi未執行任務能否執行，重復上述操作，直至所有任務完成執行。AGV沖突約束條件：期望移動距離長的AGV避讓期望移動距離短的另一AGV。所述期望移動距離指的是AGV當前位置到任務終點的距離。步驟(2.4)：篩選優秀個體，對于初始種群Y中的ε個任務規劃矩陣，分別計算其對應的代價時間，根據代價時間從小到大升序排序，篩選出其中前0.4ε的個體直接進入下一代。同時，對于剩余的0.6ε個個體，按照輪盤賭方法隨機選出其中的0.1ε個個體進入下一代；步驟(2.5)：生成子代種群，對于父代的0.5ε個個體，每個任務規劃矩陣隨機交換兩個任務，形成新的0.5ε個個體，與父代的0.5ε個個體共同作為子代，若迭代次數尚未達到設定的次數則轉到步驟(2.4)，若迭代次數已經達到k則轉到步驟(2.6)；步驟(2.6)：獲得最終結果，對最后一代的個體計算代價時間，并按照從小到大升序排序，選出所用代價時間最少的任務規劃矩陣作為兩個AGV的最優任務規劃矩陣，將該矩陣的代價時間作為兩個AGV的最優代價時間之和。與現有技術相比，本專利技術方法具有以下優點：1.高效性：通過數學建模方式對同軌雙AGV問題進行研究，針對得到的約束性條件構造出交叉選取算法得到高效率的物料分配策略，然后采用貪心算法和改進的進化算法得到高效率的協同調度策略，實現同軌雙AGV的最佳效率，經過多次實驗可以得到該方法比一般方法可以得到6.31％的性能提升。2.合理性：全面考慮到了雙AGV可能出現的各種沖突狀態，然后制定合理的沖突解決策略，同時也考慮到了同槽貨物裝載時可能出現的違背約束情況，采取了合理的同槽貨物選取策略來應對各種情況。3.速度快：使用高效的算法如貪心算法、交叉選取算法和改進進化算法等降低了時間復雜度，減少了求解花費的時間，并實現一定約束下的最優本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種同軌雙AGV的物料分配及協同調度方法，其特征在于包括以下步驟：/n步驟(1)：基于交叉選取算法求解出最佳的物料分配方案，具體是：/n步驟(1.1)：以運輸軌道的中點作為分界點，位于同側的任務分配給同側的AGV

【技術特征摘要】
1.一種同軌雙AGV的物料分配及協同調度方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟(1)：基于交叉選取算法求解出最佳的物料分配方案，具體是：
步驟(1.1)：以運輸軌道的中點作為分界點，位于同側的任務分配給同側的AGVi,i＝1或2，其他任務放入備選任務集；同時計算AGVi所有分配任務的總完成時間Totali，以及AGV3-i所有分配任務的總完成時間Total3-i；
備選任務集內第j個備選任務的起點至運輸線中點的距離與終端至運輸線的中點的距離作比較，若起點至運輸線中點的距離較小，則第j個備選任務分配給與起點不同側的AGV，若終端至運輸線中點的距離較小，則第j個備選任務分配給與終點不同側的AGV；
AGV內所有備選任務以與AGV不同側的起點或終點和運輸線中點的距離按照從小到大排序，最小值對應的任務為最上層任務；
步驟(1.2)：設備選任務目錄的最上層任務為taskij，當Totali＞Total3-i時，將任務taskij分配給AGV3-i；當Totali＝Total3-i時，將任務taskij分配給AGVi；
步驟(1.3)：更新Totali和Total3-i，若所有任務都已分配完畢，轉到步驟(1.4)；否則，轉到步驟(1.2)；
步驟(1.4)：將AGVi分配的所有任務作為AGVi的任務清單，然后執行基于改進進化算法的協同調度策略；
步驟(2)：基于改進進化算法的協同調度策略，具體是：
步驟(2.1)：以Δt為時間步長，兩臺AGV同時從自身機庫出發的時間為t＝0時刻，設置迭代次數為k次；
步驟(2.2)：生成初始種群：所有任務使用貪心算法得到初始計劃矩陣Y0，然后隨機調換兩個任務生成新的任務矩陣Yα，1≤α≤ε-1，重復ε-1次，得到初始種群Y＝{Y0,Y1,Y2,…,Yε-1}，ε表示任務總數；
步驟(2.3)：設定同槽任務和AGV沖突約束條件，以任務規劃矩陣的代價時間最小作為優化目標；
目標函數：
Td＝TB+TC公式(3)
其中Td表示任務規劃矩陣的代價時間；
總空載時間TC公式如下：



其中，t′表示第t′時刻，T'表示任務完成時的時刻，表示t′時刻AGVi是否在第n個貨槽，若是則為1，若不是則為0，表示AGVi第k次在第n個貨槽上停留的時間，N表示貨槽的數量，表示AGVi在第n個貨槽上停留的次數，表示t′時刻AGVi是否正在執行物料編號為m的任務，若是則為1，若不是則為0，M表示一次運輸任務過程中的最大物料編號；其中n＝0時表示AGVi自身機庫的位置，n＝N+1時表示AGV3-i自身機庫的位置。
AGVi緩沖時間TB公式如下：



其中表示AGVi執行物料編號為m的任務時第k次在第uv個貨槽上停留的時間，Um＝{u1,u2,...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葛云陽，袁友偉，周威煒，胡維慶，鄒浩，鄢臘梅，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33