一种用于四向穿梭车上的调度系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于四向穿梭车上的调度系统及其方法，属于四向穿梭车的路径规划技术领域。
背景技术
物流设备移动机器人是一个集环境信息感知、路径规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合智能系统。而其中的路径规划技术是机器人研究领域的关键技术之一，是机器人完成任务的安全保障，是机器人智能化程度的标志之一，同时也是人工智能与机器人学的一个重要的结合点和研究热点。
自上世纪70年代起，路径规划问题就已经受到了国内外众多机构和学者的广泛关注，尤其是80年代以来，在人工智能、计算机科学、数学和机械工程等领域内的专家学者们的共同努力下，路经规划技术的研究在理论和实践方面都有了很大的提高。
近年来，随着机器人技术越来越多的渗入到我们的生产生活中，具有自主感知决策和执行功能的智能移动机器人得到了快速的发展，随着人类在生存和工作中对机器人代为劳动的要求不断增长，自主移动式机器人研究取得了很大发展。随着机器人应用的日益广泛，针对路径规划问题所具有的复杂性、随机性、多约束性、多目标性等特点，如何在各种不同的环境中具体问题具体地分析，合理有效地选择路径规划方法及策略等问题已经成为机器人研究中的具有非常实际意义的课题。现有技术中，四向穿梭车调度系统存在运行路径不合理导致的效率低下的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够为四向穿梭车提供合理的路径，提高四向穿梭车运行效率的用于四向穿梭车上的调度系统及其方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于四向穿梭车上的调度系统，包括接口模块，控制模块，调度算法模块和通讯模块，所述接口模块获取上层WMS系统下发的任务信息和仓位数据信息，将任务信息分解成子任务并发送到控制模块以及将仓位数据信息直接发送给调度算法模块，所述接口模块接收控制模块任务完成信息，将任务完成状态发送至上层WMS系统；所述调度算法模块从所述接口模块获取仓位数据信息，根据仓位数据信息更新本地的地图模型，并从所述控制模块发来的任务信息中获取起点和终点，规划出一条可行性路径，并发送至控制模块；所述控制模块从接口模块中获取任务信息，将部分任务信息发送至所述调度算法模块，并从调度算法模块中获取四向穿梭车的运行路径，处理生成一系列的操作指令发送至所述通讯模块，并接受所述通讯模块获取的操作指令的任务完成信息；所述通讯模块从所述控制模块获取操作指令，将操作指令发送至PLC系统，同时获取四向穿梭车传感器信息，形成任务完成信息发送至所述控制模块。
所述控制模块包括任务解析模块，四向穿梭车信息监控模块和指令下发模块，所述任务解析模块用于分解接受的任务信息生成操作指令，再将操作指令发送给指令下发模块，所述指令下发模块接收所述任务解析模块生成的操作指令，发送给所述所述通讯模块，所述四向穿梭车信息监控模块监控所述通讯模块实时接收四向穿梭车各个模块传感器信息，然后判断是否超过阈值，再通过所述接口模块将判断信息传输给上层WMS系统。
所述调度算法模块包括仓库模型更新模块、控制算法模块和任务解析模块，所述仓库模型更新模块用于获取仓位数据信息来更新仓库模型，所述任务解析模块用于从所述控制模块中获取任务信息，根据获取的任务信息判断是单车还是多车协同运行，所述控制算法模块用于规划四向穿梭车的运行路径。
所述通信模块使用的是TCPIP通信。
所述接口模块包括接口通讯模块、任务分解模块和仓位数据更新模块，所述接口通讯模块用于实现上层WMS系统与控制模块和调度算法模块之间实现信息交互；所述任务分解模块用于将任务信息分解成子任务；所述仓位数据更新模块用于对接受到上层WMS系统下发的仓位数据信息进行更新。
一种用于四向穿梭车上的调度方法，包括以下步骤：
步骤a、接口模块获取上层WMS系统下发的任务信息和仓位数据信息，将任务信息分解成子任务并发送到控制模块以及将仓位数据信息直接发送给调度算法模块；
步骤b、调度算法模块从接口模块获取仓位数据信息，根据仓位数据信息更新本地的地图模型；
步骤c、控制模块从接口模块中获取任务信息，将部分任务信息发送至调度算法模块；
步骤d、调度算法模块从控制模块发来的任务信息中获取起点和终点，规划出一条可行性路径，并发送至控制模块；
步骤e、控制模块从调度算法模块中获取四向穿梭车的运行路径，处理生成一系列的操作指令发送至通讯模块；
步骤f、通讯模块从控制模块获取操作指令，将操作指令发送至PLC系统，控制四向穿梭车完成任务。
步骤f中，通讯模块将获取的任务完成信息发送控制模块，再通过接口模块传输至WMS系统；通讯模块获取四向穿梭车传感器信息发送至控制模块，控制模块判断是否超过设置阈值，实现实时监控四向穿梭车的运行姿态。
步骤d中，路径规划包括以下步骤：
步骤d1、首先选取s作为起始节点，并放入集合Open中以等待考察并被标记；
步骤d2、以s为当前节点，搜索其所有相邻节点v标记为待考察放入集合open中，将s标记为已考察，放入集合close中；
步骤d3、以集合open中到起始节点s适度函数值最小的节点p为当前节点，搜索其所有相邻节点q标记为待考察，放入集合open中；
步骤d4、转到步骤d2中，最终到目标节点也被考察或者集合S为空后，搜索过程完毕。
本发明的有益效果：本发明提供的一种用于四向穿梭车上的调度系统，接口模块获取上层WMS系统下发的任务信息和仓位数据信息，将任务信息分解成子任务并发送到控制模块以及将仓位数据信息直接发送给调度算法模块，能够将各个模块之间的联系整合为接口模块，提高了效率；控制模块包括任务解析模块，四向穿梭车信息监控模块和指令下发模块，控制模块与调度算法模块信息交互，将指令数据发送给通讯模块，整个调度过程合理运行；调度算法模块包括仓库模型更新模块、控制算法模块和任务解析模块，制算法模块最主要的两个功能是路径规划和多车并行，路径规划主要使用的是主流的机器人路径规划方法：A*算法；多车并行就是多车协同运行工作，多车协同控制主要是利用多线程技术，给每辆车在同一环境执行不同的任务并且互不影响，可以提升效率。
附图说明
图1为本发明一种用于四向穿梭车上的调度系统的整体结构框架图；
图2为本发明一种用于四向穿梭车上的调度系统中各个模块之间的信息流图；
图3为本发明一种用于四向穿梭车上的调度系统中通讯模块流程图；
图4为本发明一种用于四向穿梭车上的调度系统中调度算法模块流程图；
图5为本发明一种用于四向穿梭车上的调度系统中路径规划算法流程图；
图6为本发明一种用于四向穿梭车上的调度方法的总体流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明提供一种用于四向穿梭车上的调度系统，系统主要包含四个模块，接口模块，控制模块、调度算法模块和四向穿梭车通讯模块。接口模块主要获取上层WMS系统下发的任务信息(入库，出库和移库等)和仓位数据信息(仓位是否有货与货物信息等)，接口模块将任务信息分解成子任务并发送到控制模块，仓位信息直接发送给调度算法模块，并且接口模块还接收控制模块任务完成信息，将任务完成状态发送至WMS系统；控制模块主要是从接口模块中获取任务信息，将部分任务信息发送至调度算法模块，从调度算法模块中获取四向穿梭车的运行路径，处理生成一系列的操作指令发送至通讯模块，并通过通讯模块获取指令的完成状态，上报至WMS系统；调度算法模块主要是从接口模块获取仓位信息，根据仓位信息更新本地的地图模型，并从控制模块获取起点和终点，计算出一条可行性路径，并发送至控制模块；通讯模块主要是从控制模块获取控制指令，将指令包装成TCP/IP协议发送至PLC系统，同时获取四向穿梭车传感器信息发送至控制模块，通讯模块流程图如图3所示。PLC系统控制四向穿梭车每次移动为四向穿梭车指定方向和位移，根据四向穿梭车的反馈信号判断移动完成情况，以保障系统的高效性和安全性。
本发明中，将各个模块之间的联系整合为接口模块，提高了效率。接口模块主要包括接口通讯，任务分解和仓位数据更新等功能。由于调度系统需要任务信息与数据库仓位信息，调度系统则需要与上层系统建立连接，需要实现通讯接口；任务分解主要是将入库、出库和移库等任务分解为输送线任务，提升机任务和四向穿梭车任务等，将分解后的任务发送至控制模块；仓位数据更新的主要功能是从上层WMS系统获取现象仓位表数据更新本地仓位数据，主要是进行校验数据准确性，为调度算法模块中的地图模型提供数据支撑。
控制模块的主要功能是实现四向穿梭车的智能控制和任务优化。主要包括任务解析模块，四向穿梭车信息监控模块，指令下发模块等。任务解析主要是接收接口模块发送的任务，分解任务为指令(如移库可以分解为车移动到指定仓位，顶升托盘，移动到目标仓位，下降托盘，位移至候车位置)，其中一些位移操作需要将起点与目标点数据发送至调度算法模块，获取具体的位移路径，控制模块中的解析模块细化指令(如位移可细化为X方向位移某个距离，校准换向Y方向位移某个距离)，然后将生成的指令发送给指令下发模块；指令下发模块接收控制模块的任务解析生成的指令数据，包装成TCP/IP协议，发送给通讯模块；四向穿梭车信息监控模块主要是监控四向穿梭车的传感器数据，主要是从通讯模块实时接收四向穿梭车各个模块传感器信息，然后判断是否超过阈值，监控四向穿梭车运行是否异常。
调度算法模块流程图如图4所示，调度算法模块主要功能是实现四向穿梭车的智能控制和任务优化。主要包括仓库模型更新模块与控制算法模块。仓库模型更新模块主要功能从上层任务分解模块接口中获取仓库存储信息更新仓库模型，仓库模型是计算四向穿梭车运行路径的基础；任务解析模块主要功能是从控制模块中获取任务信息，根据获取的任务信息判断是单车还是多车协同运行；控制算法模块主要功能是规划四向穿梭车的运行路径。调度算法模块最主要的两个功能是路径规划和多车并行。路径规划主要使用的是主流的机器人路径规划方法：A*算法；多车并行就是多车协同运行工作，多车协同控制主要是利用多线程技术，给每辆车在同一环境执行不同的任务并且互不影响，可以提升效率。在多车协同运行工作中，可分为任务分解模块和多车协同控制，任务分解主要是根据任务信息和每辆四向穿梭车的信息来合理的分配任务，并保证多车在执行任务过程中减少碰撞，这样可以提升工作效率和保证车安全问题。多车协同控制主要是利用多线程技术，给每辆车在同一环境执行不同的任务并且互不影响。
如图6所示，本发明还公开一种用于四向穿梭车上的调度方法，包括以下步骤：
步骤一、接口模块获取上层WMS系统下发的任务信息和仓位数据信息，将任务信息分解成子任务并发送到控制模块以及将仓位数据信息直接发送给调度算法模块。
步骤二、调度算法模块从接口模块获取仓位数据信息，根据仓位数据信息更新本地的地图模型。
步骤三、控制模块从接口模块中获取任务信息，将部分任务信息发送至调度算法模块。
步骤四、调度算法模块从控制模块发来的任务信息中获取起点和终点，规划出一条可行性路径，并发送至控制模块。
步骤五、控制模块从调度算法模块中获取四向穿梭车的运行路径，处理生成一系列的操作指令发送至通讯模块。
步骤六、通讯模块从控制模块获取操作指令，将操作指令发送至PLC系统，控制四向穿梭车完成任务。通讯模块同时获取四向穿梭车传感器信息，形成任务完成信息发送至控制模块，控制模块判断是否超过阈值，再通过接口模块将判断信息传输给上层WMS系统。
如图5所示，本发明中路径规划包括以下步骤：
步骤一、首先选取s作为起始节点，并放入集合Open中以等待考察并被标记；
步骤二、以s为当前节点，搜索其所有相邻节点v标记为待考察放入集合open中，将s标记为已考察，放入集合close中；
步骤三、以集合open中到起始节点s适度函数值最小的节点p为当前节点，搜索其所有相邻节点q标记为待考察，放入集合open中；
步骤四、转到步骤二中，最终到目标节点也被考察或者集合S为空后，搜索过程完毕。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
