Spiegazione dettagliata del posizionamento e della progettazione della guida dei veicoli a guida automatica basata sulla tecnologia RFID

0 Prefazione

Per la movimentazione di oggetti AGV (veicolo a guida automatica), la guida e il posizionamento sono le parti chiave della ricerca. I metodi di guida comunemente utilizzati includono la guida magnetica [1], la guida visiva [2], la guida laser [3], ecc. I metodi di posizionamento includono il posizionamento del codice QR [4], il posizionamento dell'identificazione a radiofrequenza RFID [5], il posizionamento a ultrasuoni, ecc. Tra questi, le strisce magnetiche di guida magnetica sono facili da posare, facili da cambiare percorso, l'identificazione a radiofrequenza non è facile da contaminare e non ha interferenze con suono e luce. Pertanto, gli AGV a guida magnetica che integrano la tecnologia RFID sono ampiamente utilizzati nella produzione e nel trasporto automatizzati.

Molti studiosi hanno condotto ricerche sulla tecnologia RFID nella guida magnetica. Gu Jiawei et al. [6] hanno implementato la navigazione AGV scrivendo numeri di tag e parametri di controllo del movimento in tag elettronici. Li Ji [7] ha utilizzato il posizionamento assistito da RFID e ha utilizzato strisce magnetiche orizzontali per completare la svolta del veicolo, il parcheggio e altre azioni. Luo Yujia [8] ha corretto la modalità di azione di svolta dell'AGV e ha utilizzato le informazioni del tag per ottenere svolte di 90° e 180°.

La maggior parte della letteratura sopra menzionata scrive istruzioni di azione in tag elettronici. A causa delle singole informazioni di istruzione salvate, il tasso di utilizzo del tag è basso. Quando il percorso effettivo è complesso, è necessario disporre più tag, il che non favorisce la pianificazione e la guida del percorso. Sulla base di ricerche precedenti, questo documento mira a risolvere il problema di guida dell'AGV su percorsi complessi e propone un algoritmo di comando di azione del veicolo. I comandi di azione vengono generati in base all'attività di pianificazione e salvati nel sistema di controllo del veicolo. I tag vengono utilizzati solo come identificazione della posizione per migliorare la flessibilità di guida del veicolo.

1. Modellazione della mappa di guida

1.1 Composizione della mappa

La mappa è composta da strisce magnetiche di guida e postazioni di lavoro, come mostrato nella Figura 1. Le due sono rappresentate rispettivamente da linee e rettangoli. g rappresenta la postazione di lavoro, la quantità è h ed è numerata secondo la formula (1) (il numero sul lato destro del piccolo rettangolo nella figura), quindi il set di postazioni di lavoro può essere espresso come G = {g1, g2, g3,..., gh}. l rappresenta una linea e il numero è n. È stabilito che i numeri delle linee orizzontali e verticali debbano essere rappresentati rispettivamente da numeri pari e numeri dispari e numerati secondo la formula (2) (i numeri nei cerchi nella figura). Il set di linee è L={l1, l2,..., ln}.

In base allo scenario applicativo di questo articolo, è stabilito che l'AGV procederà all'indietro, tranne quando la forcella si muove in avanti quando entra nella postazione di lavoro, e rallenterà alle intersezioni di linea e quando entra nella postazione di lavoro.

1.2 Layout dell'etichetta elettronica

1.2.1 Posizionamento delle etichette relative alle postazioni di lavoro

Nella Figura 2, pi1, pi2,..., pi7 rappresentano la posizione del tag elettronico. La Figura 2(a) mostra l'AGV che procede dritto ed entra nella postazione di lavoro gi da sinistra. È stabilito di decelerare rispettivamente a pi3, pi5, pi4 e pi7, passare dalla guida in retromarcia a quella in avanti, avanti, svoltare a destra e fermarsi. La Figura 2(b) mostra l'AGV che si ritira e gira a sinistra per uscire dalla postazione di lavoro. Si ritira dritto, si ritira e gira a sinistra e accelera rispettivamente a pi7, pi6 e pi1. L'entrata e l'uscita dell'AGV dal lato destro della postazione di lavoro sono simili all'entrata e all'uscita dal lato sinistro. Definisci pik come la k-esima etichetta (k∈{1, 2,...,7}) relativa alla postazione di lavoro gi, che è disposta come mostrato nella Figura 2. La sua composizione è rappresentata dalla matrice S1 come:

1.2.2 Layout etichetta di linea

Posiziona due tag elettronici a entrambe le estremità di ogni linea. Sja rappresenta l'a-esima etichetta sulla linea lj, a={1, 2, 3, 4}. È stabilito che Sj1, Sj2, Sj3 e Sj4 siano disposti in sequenza su lj lungo la direzione positiva dell'asse delle coordinate e il segmento di linea tra Sj1 e Sj4 è l'intervallo della linea lj. Il veicolo esegue istruzioni di svolta su Sj1 e Sj4 per entrare in altre linee ed esegue istruzioni di accelerazione o decelerazione su Sj2 e Sj3 per accelerare quando entra in lj e decelerare quando esce da lj. Le etichette su tutte le linee sono rappresentate dalla matrice S2 mostrata nell'equazione (4). Il layout di tutte le etichette nella mappa finale è mostrato nella Figura 3.

2. Algoritmo di istruzione di azione

Innanzitutto codifica i tag, quindi determina l'ordine di passaggio di ciascun tag in base al percorso di pianificazione e infine genera istruzioni di azione in base all'ordinamento dei tag.

2.1 Codifica delle etichette elettroniche

La codificaIl formato del tag elettronico è mostrato nella Figura 4, dove x e y rappresentano le coordinate del tag nella mappa, 'pro' rappresenta l'attributo, ovvero il tipo di istruzioni di azione che il veicolo può eseguire sull'etichetta, 'line' rappresenta la linea e 'sit' indica il numero della postazione di lavoro pertinente. In base alla modalità di guida dell'AGV sulla linea, il bit 'pro' di Sj1 e Sj4 è '01', che significa svolta, e il bit 'pro' di Sj2 e Sj3 è '02', che significa accelerazione e decelerazione. Il bit 'line' di Sja è il numero di linea j e il bit 'sit' è rappresentato da zero. Il bit 'pro' bit dell'etichetta pik è rappresentato nella Tabella 1 in base al modo in cui l'AGV entra ed esce dalla stazione. Il bit 'line' è il numero di linea in cui si trova pi1, e il bit 'sit' è il numero di stazione i ad esso correlato.

2.2 Definizione e selezione del percorso

Tra questi, w rappresenta il percorso e il numero è m (m≥m0). Quindi la matrice composta da tutti i percorsi può essere espressa come W = [w1, w2,..., wm]T. ltx rappresenta la x-esima linea del percorso wt, dove wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, supponendo che la linea sia inclusa nel t-esimo percorso. Il numero più grande è n1, quindi W è una matrice di ordine m×n1. Se il numero di linee è inferiore a n1, la parte insufficiente è rappresentata da 0 e la matrice del percorso è rappresentata dall'equazione (6):

2.3 Metodo di ordinamento delle etichette del percorso di pianificazione

Per le etichette su due linee connesse, la prima e la seconda linea sono rappresentate rispettivamente da lu e lv. Le etichette su lu sono Su1, Su2, Su3 e Su4 e le etichette su lv sono Sv1, Sv2, Sv3 e Sv4. r0 rappresenta la sequenza di etichette da lu a lv. Supponiamo che le coordinate di Su1 siano (x1, y1) e le coordinate di Sv1 siano (x2, y2). Confrontando le due coordinate, si può dedurre la relazione di posizione relativa tra lu e lv:

Il primo caso: x1》x2, y1》y2, come mostrato nella Figura 5(a) e nella Figura 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Il secondo caso: x1》x2, y1》y2, se lu è un numero dispari, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, corrispondente alla Figura 5(c); altrimenti r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, corrispondente alla Figura 5(d). Allo stesso modo, si può dedurre la disposizione degli elementi r0 in altri casi.

Per il percorso wβ, seleziona prima le etichette su ogni riga secondo l'equazione (4), quindi disponile nell'ordine in cui i veicoli attraversano ogni etichetta sul percorso. I passaggi sono i seguenti:

(1) Considera lβ1 e lβ2 rispettivamente come prima e seconda riga e determina la loro relazione posizionale in base alla relazione di coordinate. Ordina in base alle regole di ordinamento delle etichette a due righe e inserisci i risultati ordinati nell'array r1;

(2) Tratta lβ2 e lβ3 rispettivamente come prima e seconda riga per l'ordinamento e aggiungi il risultato dell'ordinamento dell'etichetta lβ3 all'array r1;

(3) Disponi le etichette per le righe lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif in modo simile al passaggio (2).

Elimina i tag in r1 che non sono passati attraverso lj1 e lj2 in base al modo in cui l'AGV entra ed esce dalla postazione di lavoro. In questo momento, il numero di elementi in r1 è rappresentato da b1.

2.4 Istruzioni di azione

Il formato del comando di azione è mostrato nella Figura 6. Le prime 5 cifre sono il codice del tag elettronico e il bit 'ins' è il comando di azione eseguito dall'AGV sul tag corrispondente alle prime 5 cifre. Il codice è codificato in base alla sua funzione, come mostrato nella Tabella 2. Quando l'AGV viaggia dalla stazione di partenza gs alla stazione di destinazione ge, viaggia nell'ordine di uscita dalla stazione, viaggio sul percorso ed entrata nella stazione. Il Lettore RFID continua a leggere le informazioni del tag di terra e le trasmette al sistema di controllo del veicolo. Eseguire le istruzioni in sequenza in base alle condizioni per completare l'attività di pianificazione. La condizione è che le informazioni del tag attualmente lette siano coerenti con il bit di codifica del tag dell'istruzione da eseguire.

2.4.1 Comando di azione di uscita dalla stazione

R1 rappresenta il set di istruzioni di azione della postazione di lavoro. Se l'AGV esce dalla stazione da sinistra, aggiungere rispettivamente '00', '01' e '05' dopo la codifica dell'etichetta con i bit 'pro' di '09', '08' e '03' nella riga S di S1, altrimenti aggiungi rispettivamente '00', '02' e '05' dopo aver codificato i tag i cui bit 'pro' sono '09', '08' e '07' nella riga S di S1 e usali come 1°, 2°nd e 3rd in R1 in sequenza. istruzioni di azione.

2.4.2 Istruzioni di azione del percorso

Determinare le istruzioni di azione in base al bit 'pro' per i tag b1 in r1 rispettivamente. R2 rappresenta il set di istruzioni di azione del percorso e la Figura 7 mostra il suo processo di giudizio.

2.4.3 Comando di azione di ingresso alla postazione di lavoro

R3 rappresenta il set di istruzioni di azione della postazione di lavoro. L'AGV entra nella postazione di lavoro da sinistra e aggiunge '06', '07' e '04' rispettivamente dopo i codici etichetta di '05', '07', '06' e '09' nella posizione 'pro' della riga e di S1. , '08'; altrimenti, aggiungi '06', '07', '03', '08' rispettivamente dopo la codifica etichetta di '05', '03', '04' e '09' nella riga. E in sequenza come la 1a, 2a, 3a e 4a istruzione in R3.

3. Risultati e analisi dei test

Selezionare le stazioni 12, 13, 17 e 18 per il test. La codifica delle etichette è mostrata nella Figura 8. Le prime due cifre sono la coordinata x, la terza, la quarta e la sesta cifra sono la coordinata y, la quinta, la sesta e la sesta cifra rappresentano gli attributi, la settima, la ottava e la settima cifra sono i numeri di riga in cui si trovano e le ultime due cifre sono correlate ad essi. Numero della stazione.

Il programma di comando dell'azione del veicolo è stato scritto in VC++6.0 e un modello di auto basato sull'architettura ARM e integrato con il modulo di identificazione a radiofrequenza RC522 è stato selezionato come oggetto del test. La figura 9 mostra il diagramma effettivo del funzionamento del veicolo dopo aver disposto le linee guida e posizionato le etichette. Il test mostra che il veicolo può completare l'attività di invio come previsto. La figura 10 mostra il metodo di guida per scrivere le istruzioni di azione nel tag. L'AGV completa azioni come accelerazione e decelerazione eseguendo le istruzioni nel tag. Poiché le informazioni di comando interne dei tag di terra sono state determinate dopo il posizionamento, il veicolo può completare solo una determinata azione fissa quando passa ogni tag. Il metodo di guida è relativamente semplice e ha una scarsa flessibilità.

Selezionare diverse stazioni di partenza e di destinazione da combinare, che rappresentano diverse attività di pianificazione. In C++6.0, i risultati di ciascuna operazione sono mostrati nella figura 11. Le prime 10 cifre di ciascuna istruzione di azione sono i codici tag elettronici e le ultime due Il bit indica l'azione eseguita dall'AGV sul tag.

I percorsi di guida delle attività 1 e 2 sono rispettivamente 20→22→24, 20→22→21→18. L'AGV ha superato l'etichetta 4610012200. Non c'è alcuna istruzione corrispondente a questa etichetta nell'attività 1. L'AGV non esegue alcuna istruzione qui. La riga 22 continua ad andare dritta ed entra nella riga 24; il comando corrispondente a questa etichetta nell'attività 2 è 461001220002 e le ultime due cifre '02' indicano che l'AGV fa retromarcia e gira a destra qui, entrando nella riga 21 dalla riga 22. Il confronto mostra: l'AGV esegue solo l'istruzione al tag che soddisfa le condizioni di esecuzione dell'istruzione di azione.

I percorsi di guida delle attività 3 e 4 sono rispettivamente 24→21→16→14, 24→21→18. Tutti gli AGV sono passati attraverso l'etichetta 4722012100. Nell'attività 3, il comando corrispondente dell'AGV su questa etichetta è 472201210002 e le ultime due cifre '02' rappresentano L'AGV fa retromarcia e gira a destra qui ed entra nella riga 16 dalla riga 21; il comando corrispondente a questa etichetta nell'attività 4 è 472201210001 e le ultime due cifre '01' indica che l'AGV fa retromarcia e svolta a sinistra qui, ed entra nella riga 18 dalla riga 21. Il confronto mostra: l'AGV può eseguire istruzioni diverse sulla stessa etichetta quando completa attività diverse, aumentando la flessibilità di guida.

4 Riepilogo

Questo articolo utilizza tag elettronici come identificazione della posizione e le istruzioni di azione sono generate da algoritmi in base a attività specifiche e memorizzate nel sistema di controllo del veicolo, in modo che il veicolo possa eseguire istruzioni di azione diverse quando passa lo stesso tag elettronico durante attività diverse, compensando il tradizionale Nel metodo di navigazione, il percorso di guida è fisso e le istruzioni eseguite sull'etichetta sono singole. Questo metodo risolve il problema della guida del veicolo su percorsi complessi, migliora la flessibilità di guida e l'utilizzo dell'etichetta e ha un certo valore applicativo.