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      倉庫物資自動引導搬運車路徑規劃與實現

        信息來源:   發布時間:2021-08-04  點擊數:

      0 引言

      隨著我國經濟和現代制造業的發展,倉儲管理在現代生產、流通中的地位越來越高,倉儲管理成本在總投資成本的占比越來越高[1]。倉庫物資的出庫入庫以及整理工作若采用傳統的利用叉車、堆垛機等工具搬運貨物的方式來完成,不但工人的勞動強度高而且工作效率很低,已經越來越難以滿足現代倉儲管理的需求。

      利用現代通信技術、計算機技術、傳感器技術和自動化控制等技術的全自動立體化倉庫的出現,倉儲管理進入一個新的階段。AGV(Automated Guided Vehicle)自動引導車是全自動立體化倉庫的重要組成部分,若AGV配備裝卸裝置即可構成自動引導搬運車。自動引導搬運車通過自動引導裝置,可按照路徑規劃的最佳路徑行駛,配合裝有RFID電子標簽的托盤,在倉庫內按要求搬運送各項物資,實現物資裝卸與搬運全過程自動化。自動引導搬運車自動化程度高,行駛路徑可以根據倉儲貨位的要求而靈活改變,柔性好。自動引導搬運車的應用,大大減輕了工人的勞動強度,對提高倉儲管理工作效率,降低管理成本具有重大意義。

      自動引導搬運車在無人駕駛情況下將物資安全運送至指定位置,必須進行路徑規劃。所謂路徑規劃是指在具有障礙物的環境中,按照一定的評價標準,尋找一條從起始狀態到目標狀態的無碰撞路徑,其本身是機器人學和人工智能的一個重要課題[2]。路徑規劃在倉儲管理中,主要目標是在最短路徑將物資輸送到指定位置。最短路徑問題是圖論研究中的一個經典算法問題,常用的路徑算法有:Dijkstra算法、A*算法、SPFA算法等。Dijkstra 算法作為一種經典的最短路徑搜索算法,廣泛應用于物流管理的路徑規劃、車輛導航等領域。

      1 Dijkstra算法原理

      Dijkstra算法是由荷蘭計算機科學家E.W.Dijkstra在1959年提出的一種求解最短路徑的方法,該算法采用了貪心算法模式,解決了有向圖中單個源點到其他頂點的最短路徑問題,其基本思想是:首先求出長度最短的一條最短路徑,然后參照它求出長度次短的一條最短路徑,依次類推,直到從頂點v到其他所有頂點的最短路徑全部求出來為止[3]。

      若V是有向圖D的頂點集合,S是已經求出的最短路徑的終點集合,d[i]存放從頂點v0到頂點vi的最短路徑長度(若兩定點中沒有邊則為∞),E[k][i]中存放邊(vi,vk)上的權值。

      Dijkstra算法的基本過程為:

      初始時,S中只有一個源點,假設為v0,則第一條最短路徑(v0,vk)為:

      d[k]=min{ d[i]| vi∈V-v}

      將求得的最短路徑的終點存入S,則下一條最短路徑的長度為:

      d[k]=min{ d[i]| vi∈V-S }

      每次求出一條最短路徑后,將最短路徑的終點存入S,然后對所有vi∈V-S,修改d[i]

      d[i]=min{ d[i],d[k]+ E[k][i]}

      當算法結束時,d[i]中儲存的便是從出發頂點到目的頂點的最短路徑。

      2 路徑規劃的實現

      2.1 建立倉庫環境地圖

      為了建立路徑規劃數學模型,首先需要對倉儲空間進行了簡化,將三維空間投影到俯視平面,形成平面內的路徑規劃問題。簡化后再將各個工位點作為頂點進行編號,編號時每個工位對應一個頂點,自動引導搬運車需要搬運物資時,首先根據工位點找到該物資所在的貨架號,再根據其偏移位置從工位點移動到正對存放該物資位置,最后根據存放位置編號確定物資存放在貨架的那一層。在倉庫入口處安裝有RFID讀寫器,帶有RFID電子標簽的托盤進出倉庫時該讀寫器自動對電子標簽進行讀取,待管理員確定后自動存入倉庫管理系統的數據庫之中,倉庫環境地圖如圖1所示。

      圖1  頂點編號

      圖1 頂點編號   下載原圖


      2.2 確定鄰接矩陣

      按照各頂點之間距離確定權值,形成帶權有向圖,如圖2所示。

      圖2  帶權有向圖

      圖2 帶權有向圖   下載原圖


      表示為鄰接矩陣為:


      根據Dijkstra算法,首先通過鄰接矩陣的第1行求出從頂點1到其他各頂點的最短路徑的初步結果,然后逐行求出所有的最短路徑,得到從入口1到各個工位點路徑為:

      表1 從入口到各工位最短路徑 導出到EXCEL



      起點 終點 距離 規劃路徑
      1 2 147 1->9->2
      1 3 231 1->9->3
      1 4 344 1->9->3->4
      1 5 432 1->9->3->4->5
      1 6 430 1->9->3->4->6
      1 7 505 1->9->3->4->5->7
      1 8 503 1->9->3->4->6->8
      1 9 77 1->9
      1 10 207 1->9->11->10
      1 11 134 1->9->11
      1 12 207 1->9->11->12
      1 13 289 1->9->11->10->13
      1 14 289 1->9->11->12->14



      在整理倉庫物資時,若需要在不同貨架之間移動物資,只要在倉庫管理系統中選擇要進行移動物資,由管理系統自動提取物資移動的起點和終點的工位號進行計算,并將得到的規劃路徑和貨物信息一并發送至自動引導搬運車。如果貨架位置發生了變化,只要更改鄰接矩陣即可。

      3 結束語

      通過Dijkstra算法對自動引導搬運車進行路徑規劃,自動引導搬運車按照路徑規劃的最佳路徑行駛,配合RFID電子標簽,實現數據的自動化采集,優化驗收入庫、出庫核實、庫存盤點等業務過程,提高信息核對速度,消除事務處理中的人工操作,減少無效勞動,提高工作效率,降低運營成本。

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