Podrobné vysvetlenie automatického určovania polohy vozidla a navádzania na základe technológie RFID

0 Predslov

Pre manipuláciu s objektmi AGV (automaticky navádzané vozidlo), navádzanie a polohovanie sú kľúčovými časťami výskumu. Medzi bežne používané metódy navádzania patrí magnetické navádzanie [1], vizuálne navádzanie [2], laserové navádzanie [3] atď. Magnetické navádzacie pásy sa ľahko kladú, ľahko sa menia dráhy, rádiofrekvenčná identifikácia sa nedá ľahko kontaminovať a neinterferuje so zvukom a svetlom. Magnetické navádzacie AGV integrujúce technológiu RFID sú preto široko používané v automatizovanej výrobe a doprave.

Mnoho vedcov uskutočnilo výskum technológie RFID v magnetickom navádzaní. Gu Jiawei a kol. [6] implementovali navigáciu AGV zapisovaním čísel štítkov a parametrov riadenia pohybu do elektronických štítkov. Li Ji [7] použil určovanie polohy pomocou RFID a na dokončenie otáčania vozidla, parkovania a iných činností používal horizontálne magnetické pásy. Luo Yujia [8] opravil režim otáčania AGV a použil informácie zo značky na dosiahnutie otočenia o 90° a 180°.

Väčšina z vyššie uvedenej literatúry píše akčné pokyny v elektronických značkách. Vďaka uloženým informáciám o jednej inštrukcii je miera využitia tagu nízka. Keď je skutočná cesta zložitá, je potrebné usporiadať viac značiek, čo neprispieva k plánovaniu a navádzaniu cesty. Na základe predchádzajúceho výskumu sa tento dokument zameriava na vyriešenie problému navádzania AGV na zložitých cestách a navrhuje algoritmus príkazu akcie vozidla. Akčné príkazy sa generujú podľa plánovacej úlohy a ukladajú sa do riadiaceho systému vozidla. Štítky sa používajú iba na identifikáciu polohy na zlepšenie flexibility pri riadení vozidla.

1. Modelovanie jazdnej mapy

1.1 Kompozícia mapy

Mapa pozostáva z navádzacích magnetických pásov a pracovných staníc, ako je znázornené na obrázku 1. Tieto dva sú znázornené čiarami a obdĺžnikmi. g predstavuje pracovnú stanicu, množstvo je h a je očíslované podľa vzorca (1) (číslo na pravej strane malého obdĺžnika na obrázku), potom Súbor pracovných staníc možno vyjadriť ako G = {g1 , g2, g3,..., gh}. l predstavuje čiaru a číslo je n. Je stanovené, že čísla vodorovných a zvislých riadkov by mali byť reprezentované párnymi a nepárnymi číslami a očíslované podľa vzorca (2) (čísla v krúžkoch na obrázku). Množina čiar je L={l1, l2,..., ln}.

Na základe aplikačného scenára tohto článku je stanovené, že AGV bude jazdiť dozadu okrem prípadu, keď sa vidlica pohne dopredu pri vjazde na pracovnú stanicu, a spomalí na križovatkách liniek a pri vjazde na pracovnú stanicu.

1.2 Usporiadanie elektronických štítkov

1.2.1 Umiestnenie štítkov týkajúcich sa pracovných staníc

Na obrázku 2 predstavujú pi1, pi2,..., pi7 polohu elektronického štítku. Obrázok 2(a) zobrazuje AGV idúce rovno a vstupujúce do pracovnej stanice gi zľava. Je predpísané spomalenie pri pi3, pi5, pi4 a pi7, zmena z jazdy vzad na jazdu vpred, vpred, odbočenie vpravo a zastavenie. Obrázok 2(b) ukazuje, ako AGV ustupuje a otáča sa doľava, aby opustil pracovnú stanicu. Ustupuje rovno, ustupuje a odbočuje doľava a zrýchľuje pri pi7, pi6 a pi1. Vstup a výstup AGV z pravej strany pracovnej stanice je podobný ako vstup a výstup z ľavej strany. Definujte pik ako k-té označenie (k∈{1, 2,...,7}) súvisiace s pracovnou stanicou gi, ktoré je usporiadané tak, ako je znázornené na obrázku 2. Jeho zloženie je reprezentované maticou S1 ako:

1.2.2 Usporiadanie štítkov riadkov

Na oba konce každého riadku umiestnite dva elektronické štítky. Sja predstavuje a-té označenie na riadku lj, a={1, 2, 3, 4}. Je stanovené, že Sj1, Sj2, Sj3 a Sj4 sú usporiadané postupne na lj pozdĺž kladného smeru súradnicovej osi a úsečka medzi Sj1 a Sj4 je rozsahom priamky lj. Vozidlo vykonáva pokyny na otáčanie na Sj1 a Sj4, aby vstúpilo do iných liniek, a vykonáva pokyny na zrýchlenie alebo spomalenie na Sj2 a Sj3, aby zrýchlilo pri vjazde do lj a spomalilo pri opustení lj. Označenia na všetkých riadkoch sú reprezentované maticou S2 znázornenou v rovnici (4). Rozloženie všetkých štítkov vo finálnej mape je znázornené na obrázku 3.

2. Algoritmus akcie

Najprv zakódujte značky, potom určte poradie prechodu každej značky podľa plánovacej cesty a nakoniec vygenerujte pokyny na akciu na základe triedenia značiek.

2.1 Kódovanie elektronických štítkov

Kódovanieformát elektronického štítku je znázornený na obrázku 4, kde x a y predstavujú súradnice štítku na mape, 'pro' predstavuje atribút, teda typ akčných pokynov, ktoré môže vozidlo vykonať na štítku, 'riadok' predstavuje čiaru a 'sadni' Označuje príslušné číslo pracovnej stanice. Podľa jazdného režimu AGV na linke, 'pro' bit Sj1 a Sj4 je '01', čo znamená sústruženie a 'pro' bit Sj2 a Sj3 je '02', čo znamená zrýchlenie a spomalenie. Bit „riadok“ Sja je číslo riadku j a bit „sedieť“ je reprezentovaný nulou. The 'pro' bit označenia pik je znázornený v tabuľke 1 podľa spôsobu, akým AGV vstupuje a vystupuje zo stanice. 'linka' bit je číslo riadku, kde sa nachádza pi1, a 'sit' bit je číslo stanice, s ktorou súvisím.

2.2 Stanovenie a výber trasy

Medzi nimi w predstavuje cestu a číslo je m (m≥m0). Potom maticu zloženú zo všetkých dráh môžeme vyjadriť ako W = [w1, w2,..., wm]T. ltx predstavuje x-tý riadok cesty wt, kde wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, za predpokladu, že riadok je zahrnutý v t- cesta Najväčšie číslo je n1, potom W je matica rádu m×n1. Ak je počet riadkov menší ako n1, nedostatočná časť je reprezentovaná 0 a matica cesty je reprezentovaná rovnicou (6):

2.3 Spôsob triedenia štítkov plánovania cesty

Pre štítky na akýchkoľvek dvoch spojených riadkoch sú prvý a druhý riadok reprezentované lu a lv. Štítky na lu sú Su1, Su2, Su3 a Su4 a štítky na lv sú Sv1, Sv2, Sv3 a Sv4. r0 predstavuje značenú sekvenciu od lu do lv. Predpokladajme, že súradnice Su1 sú (x1, y1) a súradnice Sv1 sú (x2, y2). Porovnaním týchto dvoch súradníc možno odvodiť vzťah relatívnej polohy medzi lu a lv:

Prvý prípad: x1》x2, y1》y2, ako je znázornené na obrázku 5(a) a obrázku 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Druhý prípad: x1》x2, y1》y2, ak lu je nepárne číslo, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, čo zodpovedá obrázku 5(c); inak r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, čo zodpovedá obrázku 5(d). Rovnakým spôsobom možno odvodiť usporiadanie prvkov r0 v iných prípadoch.

Pre cestu wβ najskôr vyberte štítky na každom riadku podľa rovnice (4) a potom ich usporiadajte v poradí, v akom vozidlá prechádzajú každým štítkom na ceste. Kroky sú nasledovné:

(1) Zvážte lβ1 a lβ2 ako prvú a druhú čiaru a určte ich polohový vzťah na základe vzťahu súradníc. Zoraďte podľa dvojriadkových pravidiel zoradenia štítkov a zoradené výsledky vložte do poľa r1;

(2) Považujte lβ2 a lβ3 za prvý a druhý riadok na triedenie a pridajte výsledok triedenia označenia lβ3 do poľa r1;

(3) Usporiadajte značky pre čiary lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif podobným spôsobom ako v kroku (2).

Odstráňte značky v r1, ktoré neprešli cez lj1 a lj2 podľa spôsobu, akým AGV vstupuje a vychádza z pracovnej stanice. V tomto čase je počet prvkov v r1 reprezentovaný b1.

2.4 Pokyny k činnosti

Formát príkazu akcie je znázornený na obrázku 6. Prvých 5 číslic predstavuje kód elektronického štítku a znaky 'ins' bit je akčný príkaz vykonaný AGV na značke zodpovedajúcej prvým 5 číslicam. Kód je kódovaný podľa svojej funkcie, ako je uvedené v tabuľke 2. Keď AGV cestuje z počiatočnej stanice gs do cieľovej stanice ge, pohybuje sa v poradí opúšťania stanice, jazdy po trase a vstupu do stanice. Čítačka RFID pokračuje v čítaní informácií z pozemného štítku a prenáša ich do riadiaceho systému vozidla. Na dokončenie úlohy plánovania vykonávajte pokyny postupne podľa podmienok. Podmienkou je, že aktuálne čítaná informácia tagu je konzistentná s bitom kódovania tagu inštrukcie, ktorá sa má vykonať.

2.4.1 Akčný príkaz opustiť stanicu

R1 predstavuje množinu akčných inštrukcií pracovnej stanice. Ak AGV vychádza zo stanice zľava, pridajte '00', '01' a '05' respektíve za kódovaním štítku pomocou 'pro' bitov '09', '08' a '03' v riadku S od S1, inak pridajte '00', '02' a '05' respektíve po zakódovaní značiek, ktorých 'pro' bity sú '09', '08' a '07' v riadku S z S1 a použite ich ako 1., 2nd a 3. v R1 v poradí. akčné pokyny.

2.4.2 Pokyny pre činnosť trasy

Určte pokyny pre akciu podľa 'pro' bit pre značky b1 v r1, resp. R2 predstavuje súbor inštrukcií akcie cesty a obrázok 7 ukazuje proces rozhodovania.

2.4.3 Akčný príkaz vstupu na pracovnú stanicu

R3 predstavuje množinu akčných inštrukcií pracovnej stanice. AGV vstúpi na pracovnú stanicu zľava a pridá '06', '07' a '04' v uvedenom poradí za kódmi štítkov „05“, „07“, „06“ a „09“; v kategórii 'pro' poloha riadku e z S1. , '08'; v opačnom prípade pridajte '06', '07', '03', '08' v uvedenom poradí za kódovaním označenia '05', '03', '04' v rade. A postupne ako 1., 2., 3. a 4. pokyn v R3.

3. Výsledky testov a analýzy

Vyberte stanice 12, 13, 17 a 18 na testovanie. Kódovanie štítku je znázornené na obrázku 8. Prvé dve číslice sú súradnice x, 3. až 4. číslica sú súradnice y, 5. až 6. číslica predstavujú atribúty, 7. až 8. číslica sú čísla riadkov, kde sa nachádzajú a posledné dve číslice s ním súvisia. Číslo stanice.

Akčný príkazový program vozidla bol napísaný vo VC++ 6.0 a ako testovací objekt bol vybraný model auta založený na architektúre ARM a integrovaný s modulom rádiofrekvenčnej identifikácie RC522. Obrázok 9 zobrazuje skutočnú schému prevádzky vozidla po položení vodiacich čiar a umiestnení štítkov. Test ukazuje, že vozidlo môže splniť úlohu dispečingu podľa očakávania. Obrázok 10 ukazuje metódu navádzania zapisovania akčných pokynov do štítku. AGV dokončí akcie, ako je zrýchlenie a spomalenie, vykonaním pokynov v tagu. Keďže interné príkazové informácie pozemných štítkov boli určené po umiestnení, vozidlo môže pri prejazde každého štítku vykonať iba určitú pevnú akciu. Spôsob vedenia je pomerne jednoduchý a má nízku flexibilitu.

Vyberte rôzne počiatočné a cieľové stanice, ktoré chcete skombinovať, čo predstavuje rôzne úlohy plánovania. V C++ 6.0 sú výsledky každej operácie zobrazené na obrázku 11. Prvých 10 číslic každej inštrukcie akcie sú kódy elektronických značiek a posledné dve. Bit označuje akciu vykonanú AGV na tagu.

Trasy jazdy úloh 1 a 2 sú 20→22→24, resp. 20→22→21→18. AGV prešlo štítkom 4610012200. V úlohe 1 nie je žiadna inštrukcia zodpovedajúca tomuto štítku. AGV tu nevykonáva žiadne pokyny. Linka 22 ide stále rovno a vchádza do linky 24; príkaz zodpovedajúci tomuto označeniu v úlohe 2 je 461001220002 a posledné dve číslice '02' indikujú, že AGV cúva a odbočuje tu doprava, pričom vstupuje na riadok 21 z riadku 22. Porovnanie ukazuje: AGV vykoná inštrukciu iba na tagu, ktorý spĺňa podmienky vykonania akčnej inštrukcie.

Trasy jazdy úloh 3 a 4 sú 24→21→16→14, resp. 24→21→18. Všetky AGV prešli cez štítok 4722012100. V úlohe 3 je zodpovedajúci príkaz AGV na tomto štítku 472201210002 a posledné dve číslice '02' AGV tu cúva a odbočuje doprava a vchádza na linku 16 z linky 21; príkaz zodpovedajúci tomuto označeniu v úlohe 4 je 472201210001 a posledné dve číslice '01' naznačujú, že AGV tu cúva a odbočuje doľava a vchádza na riadok 18 z riadku 21. Porovnanie ukazuje: AGV môže vykonávať rôzne pokyny na rovnakom štítku pri plnení rôznych úloh, čím zvyšuje flexibilitu jazdy.

4 Zhrnutie

Tento článok používa elektronické štítky ako identifikáciu polohy a akčné pokyny sú generované algoritmami podľa špecifických úloh a uložené v riadiacom systéme vozidla, takže vozidlo môže vykonávať rôzne akčné pokyny pri prechode rovnakého elektronického štítku počas rôznych úloh, čím sa tradičná Pri metóde navigácie je trasa jazdy pevná a pokyny vykonávané na štítku sú jediné. Táto metóda rieši problém navádzania vozidla na zložitých dráhach, zlepšuje flexibilitu jazdy a využitie štítkov a má určitú aplikačnú hodnotu.