CN1198187C

CN1198187C - 自动导向车辆系统的控制方法

Info

Publication number: CN1198187C
Application number: CNB03109225XA
Authority: CN
Inventors: 郑灿斗
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: KR100478451B1; US6882910B2; CN1467591A; JP2004038935A; KR20040004867A; US20040006416A1

Abstract

一种自动导向车辆(AGV)系统的控制方法，包括对于由AGV执行的所有任务的顺序，通过考虑情形的任务执行成本来设定AGV的移动路线，以及根据设定好的移动路线对AGV进行控制。移动路线的设定包括计算AGV执行所有任务的顺序的各种情形，对计算出的各种情形计算AGV执行任务的各成本，利用各成本计算任务执行成本，以及根据具有最小计算任务执行成本的情形来设定AGV的移动路线。

Description

自动导向车辆系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动导向车辆系统的控制方法，尤其涉及一种具有多个自动导向车辆、能够有效管理自动导向车辆的自动导向车辆系统的控制方法。

背景技术

通常，自动导向车辆(AGV)系统使用AGV自动装载并运送物品。AGV是一种沿着地面上的指导路线搬运被装载物品的设备。由磁带制成的连续的指导路线安装在AGV的移动路线上，AGV通过磁传感器探测指导路线，从而使AGV沿着连续的指导路线移动。

图1A为传统AGV系统工作方式的示意图。参考图1A，在传统AGV系统中，单个AGV 20沿着存在任务J1、J2和J3的移动路线10执行任务J1、J2和J3。AGV 20接收到从主控制单元30发出的任务指令，然后在沿着移动路线10移动的同时，执行任务。AGV 20按照接收到的任务指令的次序来执行任务。

图1B为传统AGV系统的传统控制方法的流程图。参考图1B，在操作步骤S10中，AGV 20初始化数据。如果数据初始化完成，则AGV 20接收到来自主控制单元30的任务指令，AGV 20按照操作步骤S20的任务指令设置待执行的任务次序。所述AGV 20依照先进先出(FIFO)原则、与接收到的从主控制单元30所发出的任务指令的次序相一致，来设置任务的次序。依照FIFO原则，AGV 20最先输出并执行最早输入的任务指令。

接下来，在操作步骤S30，判断是否AGV 20已经完成执行任务所要作的准备工作。如果AGV 20已完成为执行任务所作的准备工作，则在操作步骤S40，当AGV 20沿着移动路线10行进时，AGV 20依照操作步骤S20所设置的任务顺序执行任务。AGV 20依照上述的FIFO原则、最先执行与最早接到的任务指令相一致的任务。然后，在操作步骤S50，判断当前任务是否已经完成。如果当前任务已经完成，则执行操作步骤S60，判断是否所有与接收到的任务指令相对应的任务都已经执行完毕。如果所有任务都已被完成，则传统AGV系统的工作过程终止。

如上所述，传统AGV系统具有单个AGV并根据FIFO原则执行最先收到的任务指令。即，当操纵传统AGV系统执行任务J1、J2和J3时，AGV 20首先执行任务J1、忽略任务J2，移动到任务J3所处的位置，其次执行任务J3。接下来，在移动到任务J2所处的位置之后，AGV 20执行任务J2。

因此，由于传统AGV系统使用单个AGV，并且首先执行最先收到的任务指令而不考虑移动距离，因而不必要地延长了单个AGV的移动距离，使得为了执行任务需要花费很多时间，从而降低了完成任务的效率以及AGV系统工作的生产率。

发明内容

因此，本发明一方面提出一种在单个移动路线上安排多个自动导向车辆的AGV系统的控制方法，该方法能够有效地管理多个AGV。

本发明其他方面和优点部分将在下面的说明中显示，部分根据说明书是显而易见的，或者在实施本发明的过程中可以了解到。

本发明前述的和其他的方面通过提供一种具有多个AGV的自动导向车辆系统的控制方法来实现，包括：通过考虑由AGV执行的所有任务的顺序情形的执行成本来设置AGV的移动路线；按照设定好的移动路线来控制AGV；其中设置移动路线包括：计算由AGV执行的所有任务的顺序的情形；计算AGV执行所计算出的情形的任务所需的各成本；利用各成本来计算任务执行成本；和根据具有最小任务执行成本的情形来设置AGV的移动路线。

附图说明

下面将结合附图并对照优选实施例，对本发明上述和其它的方面和优点加以详细说明。图中示出：

图1A是传统AGV系统的工作方式的示意图；

图1B是传统AGV系统的传统控制方法的流程图；

图2是本发明实施例的AGV结构的方框图；

图3是本发明引导标志的示意图；

图4是本发明AGV系统的结构的示意图；

图5是本发明的AGV系统控制方法的流程图；

图6是更加详细的本发明AGV系统控制方法的流程图。

图7是更加详细的本发明AGV系统控制方法的另一个流程图；和

图8是本发明的AGV系统控制方法的曲线图。

具体实施方式

下面将参照本发明优选实施例，在附图中示出这些实施例的举例，其中相同的附图标记表示相同部件。

图2是本发明实施例的AGV结构的方框图。

参考图2，本发明的AGV 100包括用于控制AGV 100全部操作的控制单元160，以及连接到控制单元160上、用于设置AGV 100的操作的输入单元110。所述输入单元110包括按钮输入单元，以便可以直接用手输入信息。

此外，AGV 100还包括分别设置在AGV前端和后端上的第一轨迹探测单元131和第二轨迹探测单元132，以探测安装在AGV 100的移动路线上的引导标志。AGV 100还包括用于探测AGV 100的移动位置和角度的陀螺传感器120，以及用于探测AGV 100的移动距离的移动距离检测单元140。第一轨迹探测单元131和第二轨迹探测单元132、以及移动距离检测单元140分别电气连接到控制单元160上，以便存储控制程序。另外，AGV 100还包括电气连接到控制单元160上的存储单元150，用于存储控制程序、由输入单元110输入的信息以及在AGV 100工作过程中所产生的数据。AGV 100包括行进单元170，以便通过控制单元160的控制使车轮(图中未示出)运转来移动AGV 100，及机器人操纵单元180，用于按照控制单元160的控制来操纵机器人。AGV 100还包括连接到控制单元160上的接口单元190，以实现对主控制单元200的无线访问。

上述第一轨迹探测单元131和第二轨迹探测单元132用于探测引导标志，以及用作传感器，来自动检测磁场。另外，移动距离检测单元140可以用作安装在轮子上、使AGV 100可以移动的编码器。在这种情况下，控制单元160通过计算从编码器输出的脉冲数来计算AGV 100的移动距离。

图3是本发明的引导标志的示意图。引导标志320是具有一定长度、并且沿着移动路线以一定间隔实现安装的磁带。如图3所示，一对引导标志320彼此相距上述间隔之一而形成。每个间隔之间的距离等于第一轨迹探测单元131和第二轨迹探测单元132之间的距离。

图4示出本发明AGV系统的结构。如图4所示，第一AGV 100A和第二AGV 100B沿着移动路线310放置。移动路线310的最大值是R_max。

设置两个干扰防止部分ΔR，以防止第一AGV 100A和第二AGV 100B之间在位于它们之间的移动路线310上发生干扰，因此，第一AGV 100A沿部分R1移动，而第二AGV 100A沿部分R2移动。第一AGV 100A和第二AGV 100B都具有和图2所示的AGV 100同样的结构。

下面将对本发明AGV系统的工作方式加以说明。

当给定n个任务时，这n个任务的顺序情况的个数是(2n)！，因为这n个任务中每一个任务都包含一个将物品从某个设备卸载到AGV上的卸载子任务U，，以及一个将物品从AGV装载到某个设备上的装载子任务L。即，当给定两个任务a和b时，这两个任务的顺序情况的个数是(2(2))！＝24。表1列出由单个AGV执行的两个任务的顺序的情形。

表1：

情形编号任务的顺序适用性

n

a_U-＞a_L-

1 ○

＞b_U-＞b_L

a_U-＞a_L-

2 ×

＞b_L-＞b_U

a_U-＞b_L-

3 ×

＞a_L-＞b_U

a_U-＞b_L-

4 ×

＞b_U-＞a_L

a_U-＞b_U-

5 ○

＞b_L-＞a_L

a_U-＞a_L-

6 ○

＞b_U-＞b_L

a_L-＞a_U-

7 ×

＞b_U-＞b_L

a_L＞a_U-

8 ×

＞b_L-＞b_U

a_L-＞b_L-

9 ×

＞a_U-＞b_U

a_L-＞b_L-

10 ×

＞b_U-＞a_U

a_L＞b_U-

11 ×

＞b_L-＞a_U

a_L-＞b_U-

12 ×

＞a_U-＞b_L

b_U-＞a_L-

13 ×

＞a_U-＞b_L

b_U-＞a_L-

14 ×

＞b_L-＞a_U

b_U-＞b_L-

15 ×

＞a_L-＞a_U

b_U-＞b_L-

16 ○

＞a_U-＞a_L

b_U-＞a_U-

17 ○

＞b_L-＞a_L

b_U-＞a_U-

18 ○

＞a_L-＞b_L

b_L-＞a_L-

19 ×

＞b_U-＞a_U

b_L-＞a_L-

20 ×

＞a_U-＞b_U

b_L-＞a_U-

21 ×

＞a_L-＞b_U

b_L-＞a_U-

22 ×

＞b_U-＞a_L

b_L-＞b_U-

23 ×

＞a_U-＞a_L

b_L-＞b_U-

24 ×

＞a_L-＞a_U

a_U：卸载任务a

a_L：装卸任务a

b_U：卸载任务b

b_L：装载任务b

○：适用×：不使用

在上述24个情形中，那些首先执行将物品从AGV装载到某设备上的装载子任务是低效率的，不应该被采用。即，任务a和任务b都要满足从卸载子任务U到装载子任务L的顺序。

下而将对本发明AGV系统的控制方法加以描述。

图5到图7是本发明的AGV系统控制方法的流程图。

图5是本发明的AGV系统控制方法的流程示意图，首先，当待执行的任务给定时，在操作步骤S100执行设置任务的工作。然后，在操作步骤S200，计算所有任务的顺序中的有效率的情形。

图6更加详细示出本发明的AGV系统控制方法的流程图。即，计算有效率的情形的操作步骤S200在图6中更加详细地加以示出。

如果对于两个AGV 100A和100B，给定了n+1个任务(例如，六个任务，0到5)，则主控制单元200将6个任务分配给两个AGV 100A和100B并计算各种情形。例如，主控制单元200分别将I和j设置为0～5和i～5，将i～j个任务分配给第一AGV 100A，将0～(i-1)和(j+1)～5个任务分配给第二AGV 100B。因而，主控制单元200设置任务i和j，并且在操作步骤S210中，主控制单元200将任务分配给AGV 100A和100B，以得到AGV 100A和100B执行任务的所有情形。

接下来，在操作步骤S220中，主控制单元200计算表1中示出的分配给AGV 100A和100B的所有任务的顺序的全部情形。然后，在操作步骤S230中，主控制单元200从计算出的情形中排除无效率的情形。即，从计算出的情形中，排除掉所有任务中那些没有满足从卸载子任务U到装载子任务L这一顺序的情形。此外，还从计算出的情形中除去AGV 100A和100B中之一进入图4所示的干扰防止部分ΔR的情形。

在操作步骤S300(见图5)，计算在操作步骤S200中计算出的有效率的情形执行任务所需的各成本。

这里，各成本的每一成本都可以用AGV 100A和100B之一为执行相应任务所需移动时间t的总和来表示。移动时间t可以包括卸载一个或多个物品需要的卸载时间和装载物品所需的装载时间。

图8示出各成本的计算操作。图8是本发明的AGV系统控制方法的曲线图。

AGV 100A和100B移动到待执行的相应任务所处的位置。AGV 100A和100B的最大速度是V_max，加速到最大速度V_max所需时间为fa，从最大速度V_max减速到0的时间为fd。P_max表示AGV 100A和100B从静止状态开始的加速距离、以最大速度运动的行进距离和从最大速度到静止状态的减速距离的总和。

如果以最大速度移动的行进距离为0，则得到如图8所示的时间-速度图(见大三角形Δ(S V_max fa+fd))。s表示AGV 100A和100B为执行任务所必1须移动的距离。如果s＜Pmax，则得到用小三角形Δ(sht)表示的时间-速度图。

在本发明中，fa和fd分别为2秒和3秒，卸载时间和装载时间各为10秒。

按照图8，P_max和s分别由

P_{\max} = \frac{(fa + fd) V \max}{2}

和

S = \frac{t \times h}{2}

= V_{\max} \frac{t^{2}}{2 (fa + fd)}

计算出来。

因而，如果s＜P_max，则由

t = \sqrt{\frac{2 s (fa + fd)}{V \max}}

计算出移动时间t，而在其它情形中，由

t = (fa + fd) + \frac{(s - P \max)}{V \max}

计算出移动时间t。

将由上述过程计算出的移动时间、卸载时间(10秒)和装载时间(10秒)相加，计算出执行每个任务所需的时间。即，通过对AGV 100A和100B之一移动执行相应任务所需的移动时间t、卸载一个或多个物品所需的卸载时间和装载物品所需的装载时间求和来计算得出各成本中的每个成本。

在操作步骤S400，相对于在操作步骤S300(见图5)中计算出的每个有效率情形的各成本中的每个成本，计算任务执行成本C。

首先，在操作步骤S410中，用每个有效率的情形的各成本的总和除以这些情形的任务的数目，从而得到平均成本M。

接下来，在操作步骤S420中，对于每个有效率情形，通过下面的方程计算平均成本M的标准方差σ。所述平均成本M和标准方差σ之间的关系为M＝3σ。

然后，在操作步骤S430中，使用平均成本M和标准方差σ计算任务执行成本C(C由C＝αM+βσ得出)。α是平均成本率，β是标准方差率。α和β都是由AGV系统决定的预先给定的恒定值。

如果在操作步骤S400，计算有效率情形的任务执行成本C，则主控制单元200将具有最小任务执行成本C的一种情形设定为最优情形。接下来，在操作步骤S500，主控制单元200根据设定的最优情形来设置移动路线，并将与移动路线有关的信息传送给相应的AGV。

在操作步骤S600，AGV 100A和100B的各控制单元160通过接口190接收来自主控制单元的根据最优情形所设定的数据，将这些数据存储到存储单元150中，并根据这些数据来执行任务。

根据以上所述，如表2所示，与现有技术相比，在本发明的AGV系统控制方法中，平均移动时间较短，并且标准方差也较小。

表2

	100移动/hr		120移动/hr		130移动/hr
	100移动/hr		120移动/hr		130移动/hr		平均移动时间	标准方差	平均移动时间	标准方差	平均移动时间	标准方差
	现有技术	109.84	39	478	206	1007	平均移动时间	标准方差	平均移动时间	标准方差	平均移动时间	标准方差	554
本发明	现有技术	109.84	39	478	206	1007	56.66	31.1	81	65	112	77	554

如上所述，通过计算最优情形并根据计算出的最优情形来控制相应的AGV，从而缩短本发明的AGV系统控制方法的平均移动时间，从而对于增加的任务总量实现AGV系统生产率的提高。

虽然上面仅对本发明的几个优选实施例做了说明，但对本领域的普通技术人员显然可以对这些实施例加以变动，而不会偏离本发明的原则和精神。

Claims

1.一种具有多个AGV的自动导向车辆系统的控制方法，包括：

通过考虑由AGV执行的所有任务的顺序情形的执行成本来设置AGV的移动路线；

按照设定好的移动路线来控制AGV；

其中设置移动路线包括：

计算由AGV执行的所有任务的顺序的情形；

计算AGV执行所计算出的情形的任务所需的各成本；

利用各成本来计算任务执行成本；和

根据具有最小任务执行成本的情形来设置AGV的移动路线。

2.按照权利要求1所述的方法，其中为获得有效率情形，排除了不满足从卸载子任务到装载子任务这一次序的情形，还排除了AGV之一进入预先设定的干扰防止部分之一的情形。

3.按照权利要求2所述的方法，其中如果目前的情形不与有效率情形之一相一致，并且AGV之一进入预先设定的干扰防止部分之一，则对第一AGV和第二AGV进行控制，使它们彼此分开。

4.按照权利要求1所述的方法，其中计算任务执行成本包括：

计算每个情形的各成本的总和；

利用每个情形中各成本的总和以及任务的数目来计算平均成本和标准方差；和

利用每个情形的平均成本和标准方差计算每个任务执行成本。

5.按照权利要求1所述的方法，其中通过对AGV移动以执行相应任务所需的移动时间、各AGV卸载一个或多个物品所需的时间和各AGV装载物品所需的时间进行求和，来计算各成本中的每个成本。

6.按照权利要求5所述的方法，其中移动时间t通过下列方程计算得出：

如果s＜P_max，则

t = \sqrt{\frac{2 s (fa + fd)}{V \max}}

对于其他情况，

t = (fa + fd) + \frac{s - P \max}{V \max}

其中，

P_{\max} = \frac{(fa + fd) V \max}{2}

，

s = \frac{t \times h}{2} {= V}_{\max} \frac{t^{2}}{2 (fa + fd)}

t：移动时间，

V_max：所有AGV的最大速度，

fa：加速到最大速度所需的时间，

fd：从最大速度V_max减速到0所需的时间。

7.按照权利要求4所述的方法，其中每个任务执行成本由下列方程计算得出：

C＝αM+βσ

其中C：任务执行成本，

α：平均成本率，

M：平均成本，

B：是标准方差率，

σ：标准方差。

8.按照权利要求7所述的方法，其中平均成本率和标准方差率是预先设定的恒定值。

9.按照权利要求1所述的方法，其中对情形的计算包括：

根据两个AGV和任务0～n分别将i和j设置为0～n和i～5，将任务i～j分配给第一AGV，将任务0～(i-1)和任务(j+1)～n分配给第二AGV。