Szczegółowe wyjaśnienie automatycznego pozycjonowania i projektowania naprowadzania pojazdów w oparciu o technologię RFID

0 Wstęp

W przypadku AGV (automatycznie sterowanych pojazdów) do obsługi obiektów, prowadzenie i pozycjonowanie są kluczowymi elementami badań. Powszechnie stosowane metody prowadzenia obejmują prowadzenie magnetyczne [1], prowadzenie wizualne [2], prowadzenie laserowe [3] itp. Metody pozycjonowania obejmują pozycjonowanie za pomocą kodu QR [4], pozycjonowanie za pomocą identyfikacji radiowej RFID [5], pozycjonowanie ultradźwiękowe itp. Wśród nich magnetyczne paski prowadzące są łatwe do układania, łatwe do zmiany ścieżek, identyfikacja radiowa nie jest łatwa do zanieczyszczenia i nie zakłóca dźwięku i światła. Dlatego też AGV z magnetycznym prowadzeniem integrujące technologię RFID są szeroko stosowane w zautomatyzowanej produkcji i transporcie.

Wielu naukowców przeprowadziło badania nad technologią RFID w prowadzeniu magnetycznym. Gu Jiawei i in. [6] wdrożyli nawigację AGV, zapisując numery tagów i parametry sterowania ruchem w elektronicznych tagach. Li Ji [7] wykorzystał pozycjonowanie wspomagane technologią RFID i poziome paski magnetyczne do wykonania skrętu pojazdu, parkowania i innych czynności. Luo Yujia [8] naprawił tryb skrętu AGV i wykorzystał informacje z tagu, aby wykonać skręty o 90° i 180°.

Większość wyżej wymienionej literatury opisuje instrukcje czynności w elektronicznych tagach. Ze względu na zapisanie pojedynczej informacji o instrukcji wskaźnik wykorzystania tagu jest niski. Gdy rzeczywista ścieżka jest złożona, należy zorganizować więcej tagów, co nie sprzyja planowaniu ścieżki i kierowaniu. W oparciu o wcześniejsze badania, niniejszy artykuł ma na celu rozwiązanie problemu kierowania AGV na złożonych ścieżkach i proponuje algorytm poleceń czynności pojazdu. Polecenia czynności są generowane zgodnie z zadaniem harmonogramu i zapisywane w systemie sterowania pojazdem. Tagi są używane wyłącznie jako identyfikacja lokalizacji w celu poprawy elastyczności jazdy pojazdem.

1. Modelowanie mapy napędowej

1.1 Kompozycja mapy

Mapa składa się z magnetycznych pasków prowadzących i stanowisk roboczych, jak pokazano na rysunku 1. Oba są reprezentowane odpowiednio przez linie i prostokąty. g reprezentuje stanowisko robocze, ilość to h i jest ponumerowana zgodnie ze wzorem (1) (liczba po prawej stronie małego prostokąta na rysunku), wówczas zestaw stanowisk roboczych można wyrazić jako G = {g1, g2, g3,..., gh}. l reprezentuje linię, a liczba to n. Ustalono, że numery linii poziomych i pionowych powinny być reprezentowane odpowiednio przez liczby parzyste i nieparzyste i ponumerowane zgodnie ze wzorem (2) (liczby w kółkach na rysunku). Zestaw linii to L={l1, l2,..., ln}.

Na podstawie scenariusza zastosowania w tym artykule ustalono, że AGV będzie jechał do tyłu, z wyjątkiem sytuacji, gdy widły poruszają się do przodu podczas wjazdu na stanowisko robocze, a także będzie zwalniał na skrzyżowaniach linii i podczas wjazdu na stanowisko robocze.

1.2 Układ etykiety elektronicznej

1.2.1 Umiejscowienie etykiet związanych ze stanowiskami roboczymi

Na rysunku 2 pi1, pi2,..., pi7 przedstawiają położenie znacznika elektronicznego. Rysunek 2(a) pokazuje AGV jadący prosto i wjeżdżający na stanowisko robocze gi z lewej strony. Zapisano, że zwalnia odpowiednio przy pi3, pi5, pi4 i pi7, zmienia jazdę z jazdy wstecznej na jazdę do przodu, do przodu, skręca w prawo i zatrzymuje się. Rysunek 2(b) pokazuje AGV wycofującego się i skręcającego w lewo, aby opuścić stanowisko pracy. Wycofuje się prosto, wycofuje się i skręca w lewo, a przyspiesza odpowiednio przy pi7, pi6 i pi1. Wjazd i wyjazd AGV z prawej strony stanowiska pracy jest podobny do jego wjazdu i wyjazdu z lewej strony. Zdefiniuj pik jako k-tą etykietę (k∈{1, 2,...,7}) związaną ze stanowiskiem pracy gi, która jest ułożona tak, jak pokazano na rysunku 2. Jej skład jest reprezentowany przez macierz S1 jako:

1.2.2 Układ etykiety linii

Umieść dwa znaczniki elektroniczne na obu końcach każdej linii. Sja reprezentuje etykietę a-tą na linii lj, a={1, 2, 3, 4}. Ustalono, że Sj1, Sj2, Sj3 i Sj4 są ułożone sekwencyjnie na lj wzdłuż dodatniego kierunku osi współrzędnych, a odcinek linii między Sj1 i Sj4 jest zakresem linii lj. Pojazd wykonuje instrukcje skrętu na Sj1 i Sj4, aby wjechać na inne linie, i wykonuje instrukcje przyspieszania lub zwalniania na Sj2 i Sj3, aby przyspieszyć przy wjeździe na lj i zwolnić przy wyjeździe z lj. Etykiety na wszystkich liniach są reprezentowane przez macierz S2 pokazaną w równaniu (4). Układ wszystkich etykiet na ostatecznej mapie pokazano na Rysunku 3.

2. Algorytm instrukcji akcji

Najpierw zakoduj tagi, następnie określ kolejność przekazywania każdego tagu zgodnie ze ścieżką harmonogramu, a na końcu wygeneruj instrukcje akcji na podstawie sortowania tagów.

2.1 Kodowanie etykiet elektronicznych

Kodowanieformat znacznika elektronicznego pokazano na rysunku 4, gdzie x i y oznaczają współrzędne znacznika na mapie, 'pro' oznacza atrybut, czyli rodzaj instrukcji działania, które pojazd może wykonać na etykiecie, 'line' oznacza linię, a 'sit' oznacza odpowiedni numer stanowiska roboczego. Zgodnie z trybem jazdy AGV na linii, bit 'pro' Sj1 i Sj4 to '01', co oznacza skręcanie, a bit 'pro' Sj2 i Sj3 to '02', co oznacza przyspieszanie i zwalnianie. Bit 'line' Sja to numer linii j, a bit 'sit' jest reprezentowany przez zero. Bit 'pro' bit etykiety pik jest przedstawiony w Tabeli 1 zgodnie ze sposobem, w jaki AGV wjeżdża i wyjeżdża ze stacji. Bit 'line' to numer linii, na której znajduje się pi1, a bit 'sit' to numer stacji i z nią powiązany.

2.2 Ustanowienie i wybór ścieżki

Wśród nich w reprezentuje ścieżkę, a liczba to m (m≥m0). Następnie macierz złożona ze wszystkich ścieżek można wyrazić jako W = [w1, w2,..., wm]T. ltx reprezentuje x-tą linię ścieżki wt, gdzie wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, zakładając, że linia jest zawarta w t-tej ścieżce. Największą liczbą jest n1, wówczas W jest macierzą rzędu m×n1. Jeżeli liczba linii jest mniejsza od n1, część niewystarczająca jest reprezentowana przez 0, a macierz ścieżki jest reprezentowana przez równanie (6):

2.3 Harmonogramowanie metody sortowania etykiet ścieżki

W przypadku etykiet na dowolnych dwóch połączonych liniach pierwsza i druga linia są reprezentowane odpowiednio przez lu i lv. Etykiety na lu to Su1, Su2, Su3 i Su4, a etykiety na lv to Sv1, Sv2, Sv3 i Sv4. r0 reprezentuje sekwencję etykiet od lu do lv. Załóżmy, że współrzędne Su1 to (x1, y1), a współrzędne Sv1 to (x2, y2). Porównując te dwie współrzędne, można wywnioskować względną relację położenia między lu i lv:

W pierwszym przypadku: x1》x2, y1》y2, jak pokazano na rysunku 5(a) i rysunku 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Drugi przypadek: x1》x2, y1》y2, jeśli lu jest liczbą nieparzystą, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, co odpowiada rysunkowi 5(c); w przeciwnym razie r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, co odpowiada rysunkowi 5(d). W ten sam sposób można wywnioskować układ elementów r0 w innych przypadkach.

Dla ścieżki wβ najpierw wybierz etykiety na każdym wierszu zgodnie z równaniem (4), a następnie ułóż je w kolejności, w jakiej pojazdy przejeżdżają przez każdą etykietę na ścieżce. Kroki są następujące:

(1) Rozważ lβ1 i lβ2 jako odpowiednio pierwszy i drugi wiersz, i określ ich relację pozycyjną na podstawie relacji współrzędnych. Posortuj zgodnie z dwiema regułami sortowania etykiet wierszy i umieść posortowane wyniki w tablicy r1;

(2) Potraktuj lβ2 i lβ3 jako odpowiednio pierwszy i drugi wiersz do sortowania, i dodaj wynik sortowania etykiety lβ3 do tablicy r1;

(3) Uporządkuj etykiety dla wierszy lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif w sposób podobny do kroku (2).

Usuń znaczniki w r1, które nie przeszły przez lj1 i lj2 zgodnie ze sposobem, w jaki AGV wchodzi i wychodzi ze stacji roboczej. W tym momencie liczba elementów w r1 jest reprezentowana przez b1.

2.4 Instrukcje działania

Format polecenia działania pokazano na rysunku 6. Pierwsze 5 cyfr to kod znacznika elektronicznego, a bit 'ins' to polecenie działania wykonywane przez AGV przy znaczniku odpowiadającym pierwszym 5 cyfrom. Kod jest kodowany zgodnie z jego funkcją, jak pokazano w tabeli 2. Gdy AGV podróżuje ze stacji początkowej gs do stacji docelowej ge, podróżuje w kolejności opuszczania stacji, podróżowania po ścieżce i wjazdu na stację. Czytnik RFID kontynuuje odczytywanie informacji o znaczniku naziemnym i przesyła je do systemu sterowania pojazdu. Wykonuj instrukcje sekwencyjnie zgodnie z warunkami, aby ukończyć zadanie harmonogramowania. Warunkiem jest, aby aktualnie odczytywane informacje o znaczniku były zgodne z bitem kodowania znacznika instrukcji, która ma zostać wykonana.

2.4.1 Polecenie działania wyjścia ze stacji

R1 reprezentuje zestaw instrukcji działania stacji roboczej. Jeśli AGV opuszcza stację z lewej strony, dodaj odpowiednio '00', '01' i '05' po kodowaniu etykiety z bitami 'pro' '09', '08' i '03' w wierszu S znacznika S1, w przeciwnym razie dodaj odpowiednio '00', '02' i '05' po zakodowaniu znaczników, których bity 'pro' to '09', '08' i '07' w wierszu S znacznika S1, i użyj ich jako 1., 2.nd i 3. w R1 w kolejności. instrukcje akcji.

2.4.2 Instrukcje akcji ścieżki

Określ instrukcje akcji zgodnie z bitem 'pro' dla znaczników b1 w r1. R2 reprezentuje zestaw instrukcji akcji ścieżki, a Rysunek 7 pokazuje jego proces oceny.

2.4.3 Polecenie akcji wejścia na stację roboczą

R3 reprezentuje zestaw instrukcji akcji stacji roboczej. AGV wchodzi na stację roboczą z lewej strony i dodaje '06', '07' i '04' odpowiednio po kodach etykiet '05', '07', '06' i '09' w pozycji 'pro' wiersza e S1. , '08'; w przeciwnym razie dodaj '06', '07', '03', '08' odpowiednio po kodowaniu etykiet '05', '03', '04' i '09' w wierszu. I kolejno jako 1., 2., 3. i 4. instrukcja w R3.

3. Wyniki testów i analiza

Wybierz stacje 12, 13, 17 i 18 do testowania. Kodowanie etykiet pokazano na rysunku 8. Pierwsze dwie cyfry to współrzędna x, cyfry od 3 do 4 to współrzędna y, cyfry od 5 do 6 reprezentują atrybuty, cyfry od 7 do 8 to numery linii, w których się znajdują, a dwie ostatnie cyfry są z nimi powiązane. Numer stacji.

Program poleceń działania pojazdu został napisany w VC++6.0, a model samochodu oparty na architekturze ARM i zintegrowany z modułem identyfikacji radiowej RC522 został wybrany jako obiekt testowy. Rysunek 9 przedstawia rzeczywisty schemat działania pojazdu po ułożeniu linii pomocniczych i umieszczeniu etykiet. Test pokazuje, że pojazd może wykonać zadanie dyspozytorskie zgodnie z oczekiwaniami. Rysunek 10 przedstawia metodę prowadzenia polegającą na wpisywaniu instrukcji działania do znacznika. AGV wykonuje takie czynności, jak przyspieszanie i zwalnianie, wykonując instrukcje w znaczniku. Ponieważ wewnętrzne informacje o poleceniach znaczników naziemnych zostały określone po umieszczeniu, pojazd może wykonać tylko określoną stałą czynność podczas mijania każdego znacznika. Metoda prowadzenia jest stosunkowo prosta i ma słabą elastyczność.

Wybierz różne stacje początkowe i docelowe do połączenia, reprezentujące różne zadania harmonogramowania. W C++6.0 wyniki każdej operacji pokazano na rysunku 11. Pierwsze 10 cyfr każdej instrukcji działania to elektroniczne kody znaczników, a ostatnie dwie Bit wskazuje czynność wykonywaną przez AGV na znaczniku.

Trasy jazdy zadań 1 i 2 to odpowiednio 20→22→24, 20→22→21→18. AGV minął etykietę 4610012200. W zadaniu 1 nie ma instrukcji odpowiadającej tej etykiecie. AGV nie wykonuje tutaj żadnych instrukcji. Linia 22 kontynuuje jazdę prosto i wchodzi do linii 24; polecenie odpowiadające tej etykiecie w zadaniu 2 to 461001220002, a dwie ostatnie cyfry '02' wskazują, że AGV cofa i skręca tutaj w prawo, wchodząc do linii 21 z linii 22. Porównanie pokazuje: AGV wykonuje instrukcję tylko przy znaczniku, który spełnia warunki wykonania instrukcji działania.

Trasy jazdy zadań 3 i 4 to odpowiednio 24→21→16→14, 24→21→18. Wszystkie pojazdy AGV przejechały przez etykietę 4722012100. W zadaniu 3 polecenie AGV na tej etykiecie to 472201210002, a dwie ostatnie cyfry '02' oznaczają AGV cofa się i skręca w prawo tutaj i wchodzi do wiersza 16 z wiersza 21; polecenie odpowiadające tej etykiecie w zadaniu 4 to 472201210001, a dwie ostatnie cyfry '01' wskaż, że AGV cofa i skręca w lewo tutaj, i wjeżdża na linię 18 z linii 21. Porównanie pokazuje: AGV może wykonywać różne instrukcje na tej samej etykiecie podczas wykonywania różnych zadań, zwiększając elastyczność jazdy.

4 Podsumowanie

W tym artykule wykorzystano elektroniczne znaczniki jako identyfikację lokalizacji, a instrukcje działania są generowane przez algorytmy zgodnie z określonymi zadaniami i przechowywane w systemie sterowania pojazdem, dzięki czemu pojazd może wykonywać różne instrukcje działania podczas mijania tego samego znacznika elektronicznego podczas różnych zadań, co nadrabia tradycyjne W metodzie nawigacji trasa jazdy jest ustalona, a instrukcje wykonywane na etykiecie są pojedyncze. Ta metoda rozwiązuje problem prowadzenia pojazdu na złożonych ścieżkach, poprawia elastyczność jazdy i wykorzystanie etykiet oraz ma pewną wartość aPlikacyjną.