0 引言

    對于物件搬運AGV（自動導(dǎo)引車）,，導(dǎo)引和定位是其關(guān)鍵研究部分,。常用的導(dǎo)引方式有磁導(dǎo)引^[1]、視覺導(dǎo)引^[2],、激光導(dǎo)引^[3]等,，定位方式有二維碼定位^[4]、RFID射頻識別定位^[5],、超聲波定位等,，其中磁導(dǎo)引磁條鋪設(shè)方便、路徑變更容易,，射頻識別不易污染,、對聲光無干擾，因此集成RFID技術(shù)的磁導(dǎo)引AGV在自動化生產(chǎn)運輸中的應(yīng)用廣泛,。

    針對磁導(dǎo)引中的RFID技術(shù),，已有諸多學(xué)者進(jìn)行研究。顧佳煒等人^[6]通過在電子標(biāo)簽中寫入標(biāo)簽編號和運動控制參數(shù)實現(xiàn)AGV導(dǎo)航,。李季^[7]采用RFID輔助定位并借助橫向磁條的方式完成車輛轉(zhuǎn)彎,、停車等動作。羅雨佳^[8]將AGV轉(zhuǎn)彎動作模式固定,，利用標(biāo)簽信息實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎90°和180°,。

    上述文獻(xiàn)大多是把動作指令寫在電子標(biāo)簽內(nèi),，由于保存的指令信息單一，標(biāo)簽利用率低,，當(dāng)實際路徑復(fù)雜時需布置更多標(biāo)簽,，不利于路徑規(guī)劃和導(dǎo)引。本文在前人研究基礎(chǔ)上,，以解決復(fù)雜路徑下AGV的導(dǎo)引問題為目標(biāo),，提出一種車輛動作指令算法，根據(jù)調(diào)度任務(wù)生成動作指令并保存在車載控制系統(tǒng),，標(biāo)簽僅作為位置識別以提高車輛行駛靈活性,。

1 行駛地圖建模

1.1 地圖組成

    地圖由導(dǎo)引磁條、工位組成,，如圖1所示,，二者分別用線條和矩形表示。g表示工位,，數(shù)量為h,，按式(1)對其編號(圖中小矩形右側(cè)數(shù)字)，則工位集合可以表示為G={g₁,，g₂,，g₃，…,，g_h},。l表示線路，數(shù)量為n,，規(guī)定橫向,、縱向線路編號分別用偶數(shù)、奇數(shù)表示并按式(2)對其編號（圖中圓圈內(nèi)的數(shù)字）,，線路集合為L={l₁,，l₂，…,，l_n},。

    基于本文的應(yīng)用場景規(guī)定AGV除了進(jìn)入工位時貨叉朝前向前行駛外，其余情況下均后退行駛,，在線路交叉處,、進(jìn)工位時減速行駛。

1.2 電子標(biāo)簽布置方式

1.2.1 工位相關(guān)標(biāo)簽布置

    圖2中p_i1,，p_i2,，…，p_i7表示電子標(biāo)簽位置,。圖2(a)為AGV直行從左側(cè)進(jìn)入工位g_i,，規(guī)定依次在p_i3,、p_i5、p_i4,、p_i7處分別減速,、由后退行駛變?yōu)榍斑M(jìn)、前進(jìn)右轉(zhuǎn),、停車,。圖2(b)為AGV后退左轉(zhuǎn)出工位，依次在p_i7,、p_i6,、p_i1處分別后退直行、后退左轉(zhuǎn),、加速,。AGV從工位右側(cè)進(jìn)、出和其從左側(cè)進(jìn),、出相似,。定義p_ik是和工位g_i相關(guān)的第k個標(biāo)簽(k∈{1，2,，…,，7})，按圖2布置,，其組成用矩陣S₁表示為：

1.2.2 線路標(biāo)簽布置

    在每條線路兩端各放置兩個電子標(biāo)簽。S_ja表示線路l_j上的第a個標(biāo)簽,，a={1,，2，3,，4},。規(guī)定S_j1、S_j2,、S_j3,、S_j4在l_j上依次沿坐標(biāo)軸正方向布置，S_j1和S_j4之間的線段為線路l_j的范圍,。車輛在S_j1,、S_j4處執(zhí)行轉(zhuǎn)彎指令以進(jìn)入其他線路，在S_j2,、S_j3處執(zhí)行加速或減速指令使其進(jìn)入l_j時加速,，離開l_j時減速。所有線路上的標(biāo)簽用式(4)所示矩陣S₂表示,，最終地圖中所有標(biāo)簽的布置情況如圖3所示,。

2 動作指令算法

    首先對標(biāo)簽編碼,，然后根據(jù)調(diào)度路徑確定經(jīng)過每個標(biāo)簽的順序，最后根據(jù)標(biāo)簽排序生成動作指令,。

2.1 電子標(biāo)簽編碼

    電子標(biāo)簽編碼格式如圖4所示,，其中x、y表示標(biāo)簽在地圖中的坐標(biāo),，‘pro’表示屬性,，即車輛在標(biāo)簽處可執(zhí)行的動作指令種類，‘line’表示所在線路,，‘sit’表示相關(guān)工位號,。根據(jù)AGV在線路上的行駛方式規(guī)定S_j1、S_j4的‘pro’位為‘01’,，表示轉(zhuǎn)彎,，S_j2、S_j3的‘pro’位為‘02’表示加減速,。S_ja的‘line’位為其所在線路編號j,，‘sit’位用零表示。標(biāo)簽p_ik的‘pro’位根據(jù)AGV進(jìn)出工位方式將其用表1表示,，‘line’位為p_i1所在的線路編號,，‘sit’位為和其相關(guān)的工位編號i。 

2.2 路徑建立與選擇

其中,，w表示路徑,，數(shù)量為m(m≥m₀)，則所有路徑組成的矩陣可表示為W=[w₁,，w₂,，…，w_m]^T,。l_tx表示路徑w_t的第x條線路,，其中w_t={l_t1，l_t2,，…,，l_tx，…},，t∈{1,，2，…,，m},，l_tx∈L，設(shè)第t條路徑所包含的線路數(shù)量最大且為n₁，則W為m×n₁階矩陣,。對于線路數(shù)目不足n₁的,，不足部分用0表示，路徑矩陣用式(6)表示：

2.3 調(diào)度路徑標(biāo)簽排序方式

    對任意兩條相連接線路上標(biāo)簽,，第一條和第二條分別用l_u,、l_v表示。l_u上的標(biāo)簽為S_u1,、S_u2,、S_u3、S_u4,，l_v上的標(biāo)簽為S_v1,、S_v2、S_v3,、S_v4,。r₀表示從l_u到l_v經(jīng)過的標(biāo)簽順序。設(shè)S_u1坐標(biāo)為(x₁,，y₁),，S_v1坐標(biāo)為(x₂，y₂),，經(jīng)過二者坐標(biāo)比較可推斷出l_u和l_v的相對位置關(guān)系：

    第一種情況：x₁>x₂,，y₁>y₂，如圖5(a),、圖5(b)所示,，r₀={S_u4，S_u3,，S_u2,，S_u1，S_v4,，S_v3，S_v2,，S_v1},。

    第二種情況：x₁>x₂，y₁<y₂,，如果l_u為奇數(shù),，r₀={S_u1，S_u2,，S_u3,，S_u4，S_v4，S_v3,，S_v2,，S_v1},對應(yīng)圖5(c)；否則r₀={S_u4,，S_u3,，S_u2，S_u1,，S_v1,，S_v2，S_v3,，S_v4},，對應(yīng)圖5(d)。同理可推斷出其余幾種情況下的r0元素排列情況,。

    對于路徑w_β,，首先根據(jù)式(4)選出每段線路上的標(biāo)簽，然后按照車輛在該路徑上經(jīng)過每個標(biāo)簽的順序排列,，步驟如下：

    (1)將l_β1,、l_β2分別視為第一條、第二條線路,，根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系判斷出兩者位置關(guān)系,。按照兩條線路標(biāo)簽排序規(guī)則進(jìn)行排序，并將排序結(jié)果放在數(shù)組r₁中,；

    (2)將l_β2,、l_β3分別視為第一條、第二條線路進(jìn)行排序,，將l_β3標(biāo)簽的排序結(jié)果添加在數(shù)組r₁中,；

    (3)依次對線路l_β3、l_β4,，l_β4,、l_β5，…,，按照類似步驟(2)的方式排列標(biāo)簽,。

    根據(jù)AGV進(jìn)出工位的方式刪除r₁中未在l_j1和l_j2上經(jīng)過的標(biāo)簽，此時r₁中元素個數(shù)用b₁表示,。

2.4 動作指令

    動作指令格式如圖6所示,，前5位為電子標(biāo)簽編碼，‘ins’位為AGV在前5位對應(yīng)的標(biāo)簽處執(zhí)行的動作指令,按其功能不同進(jìn)行編碼,，如表2所示,。AGV從起始工位gs到目標(biāo)工位ge過程中，按照出工位、路徑上行駛,、進(jìn)工位的順序行駛,，RFID閱讀器持續(xù)讀取地面標(biāo)簽信息并將其傳遞給車載控制系統(tǒng)，通過依次按條件執(zhí)行指令完成調(diào)度任務(wù),，條件為當(dāng)前讀取的標(biāo)簽信息和要執(zhí)行指令的標(biāo)簽編碼位一致,。

2.4.1 出工位動作指令

    R₁表示出工位動作指令集合。如果AGV從左側(cè)出工位,，則在S₁第S行‘pro’位為‘09’,、‘08’、‘03’的標(biāo)簽編碼后分別添加‘00’,、‘01’和‘05’,，否則在S₁第S行‘pro’位為‘09’、‘08’,、‘07’的標(biāo)簽編碼后分別添加‘00’,、‘02’和‘05’，并依次作為R₁中第1,、2,、3條動作指令。

2.4.2 路徑動作指令

    分別對r₁中b₁個標(biāo)簽按‘pro’位確定動作指令,。R₂表示路徑動作指令集合,，圖7為其判斷流程。

2.4.3 進(jìn)工位動作指令

    R₃表示出工位動作指令集合,。AGV從左側(cè)進(jìn)工位,，在S1第e行‘pro’位為‘05’、‘07’,、‘06’,、‘09’的標(biāo)簽編碼后分別添加‘06’、‘07’,、‘04’,、‘08’；否則在該行‘pro’位為‘05’,、‘03’,、‘04’、‘09’的標(biāo)簽編碼后分別添加‘06’,、 07’、‘03’,、‘08’,，并依次作為R3中第1、2、3,、4條指令,。

    每次執(zhí)行任務(wù)的完整指令集合用R表示，則：

3 試驗結(jié)果及分析

    在圖7中選擇工位12,、13,、17、18進(jìn)行試驗,。標(biāo)簽編碼如圖8所示,，前兩位為x坐標(biāo)，第3~4位為y坐標(biāo),，第5~6位表示屬性,，第7~8位為其所在線路編號，最后兩位為和其相關(guān)工位編號,。

    在VC++6.0中編寫車輛動作指令程序,，選取基于ARM架構(gòu)并集成了RC522射頻識別模塊的模型車作為試驗對象。圖9為鋪設(shè)導(dǎo)引線和放置標(biāo)簽后的實際車輛運行圖,。試驗表明,，車輛能夠按照預(yù)期的目的完成調(diào)度任務(wù)。圖10為將動作指令寫入標(biāo)簽內(nèi)的導(dǎo)引方式,，AGV通過執(zhí)行標(biāo)簽內(nèi)指令完成加減速等動作,。因地面標(biāo)簽布置結(jié)束后其內(nèi)部指令信息已確定，所以車輛經(jīng)過每個標(biāo)簽時僅能完成某個固定動作,，導(dǎo)引方式相對單一,靈活性差,。

    選取不同的起始工位和目標(biāo)工位進(jìn)行組合，代表不同調(diào)度任務(wù),，在C++6.0中其每次運算結(jié)果如圖11所示,，每條動作指令前10位為電子標(biāo)簽編碼，最后兩位為AGV在該標(biāo)簽執(zhí)行的動作,。

    由圖11(a),、11(b)可知任務(wù)1、2的行駛路線分別為20→22→24,，20→22→21→18,，AGV均經(jīng)過了標(biāo)簽4610012200，任務(wù)1中沒有該標(biāo)簽對應(yīng)的指令,，AGV在此處不執(zhí)行任何指令,，從線路22保持直行狀態(tài)進(jìn)入線路24；任務(wù)2中在該標(biāo)簽對應(yīng)的指令為461001220002,，最后兩位‘02’表示AGV在此處后退右轉(zhuǎn),，由線路22進(jìn)入線路21,。對比可得： AGV僅在滿足動作指令執(zhí)行條件的標(biāo)簽處執(zhí)行該指令。

    由圖11(c),、11(d)可知任務(wù)3,、4的行駛路線分別為24→21→16→14，24→21→18,，AGV均經(jīng)過了標(biāo)簽4722012100,，任務(wù)3中AGV在該標(biāo)簽對應(yīng)的指令為472201210002，最后兩位‘02’表示AGV在此處后退右轉(zhuǎn),，由線路21進(jìn)入線路16,；任務(wù)4中在該標(biāo)簽對應(yīng)的指令為472201210001，最后兩位‘01’表示AGV在此處后退左轉(zhuǎn),，由線路21進(jìn)入線路18,。對比可得：AGV完成不同任務(wù)時在同一個標(biāo)簽處能夠執(zhí)行不同的指令，增加了行駛靈活性,。

4 總結(jié)

    本文采取了電子標(biāo)簽作為位置識別,，且動作指令根據(jù)具體任務(wù)由算法生成并存儲在車載控制系統(tǒng)的方式，使得車輛在執(zhí)行不同任務(wù)過程中經(jīng)過同一電子標(biāo)簽時可執(zhí)行不同的動作指令,，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)導(dǎo)航方式中行駛路線固定,、在標(biāo)簽處執(zhí)行指令單一的不足。該方法解決了復(fù)雜路徑下車輛的導(dǎo)引問題,，提高了行駛靈活性和標(biāo)簽利用率,，具有一定的應(yīng)用價值。

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作者信息：

牛秦玉,，李珍惜,，田海波

(西安科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安710000)