本發(fā)明屬于路徑規(guī)劃領(lǐng)域，具體為一種基于時(shí)間窗和改進(jìn)a星算法結(jié)合的多agv路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、倉(cāng)庫(kù)是生產(chǎn)加工與物流運(yùn)輸?shù)闹匾修D(zhuǎn)平臺(tái)，倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的合理使用正在日益成為制造企業(yè)與物流企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。智能化倉(cāng)庫(kù)（intelligent?warehouse）作為工業(yè)生產(chǎn)物流環(huán)節(jié)和現(xiàn)代物流技術(shù)的重要組成部分，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)優(yōu)化整個(gè)物流搬運(yùn)流程，能夠提高工作效率、降低人工成本。自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)（automatedguided?vehicle，agv）作為倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)完成搬運(yùn)任務(wù)的主要工具，對(duì)整個(gè)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行起著決定性的作用，將傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中“人到貨”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤柏浀饺恕钡哪Ｊ?，提高了智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2、國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者都做過(guò)關(guān)于倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)agv的任務(wù)分配和路徑規(guī)劃方面的研究，但是隨著倉(cāng)庫(kù)規(guī)模的增大，agv數(shù)量和貨架數(shù)量增多，路徑網(wǎng)絡(luò)變得復(fù)雜，有必要更進(jìn)一步針對(duì)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中的agv任務(wù)分配問(wèn)題和路徑規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)研究。專(zhuān)利[202010567994.0]提出了一種智能車(chē)庫(kù)多agv的路徑規(guī)劃方法，考慮了轉(zhuǎn)彎和沖突并采用時(shí)間窗推后或延遲消解沖突，但其未考慮時(shí)間窗推后或延遲無(wú)法解決的長(zhǎng)路段沖突問(wèn)題。專(zhuān)利[202210269477.4]提出一種基于時(shí)間窗和改進(jìn)a*算法的多agv路徑規(guī)劃方法，考慮了agv路徑?jīng)_突問(wèn)題，但是沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)彎帶來(lái)的額外能耗和時(shí)間成本。專(zhuān)利[202210260353.x]提出一種基于時(shí)間窗的多agv實(shí)時(shí)調(diào)度的路徑優(yōu)化方法，通過(guò)設(shè)置避障點(diǎn)實(shí)現(xiàn)沖突消解，但沒(méi)有考慮路徑最短和轉(zhuǎn)彎次數(shù)最少的問(wèn)題。專(zhuān)利[202110789546.x]提出一種多agv路徑規(guī)劃和多agv智能生產(chǎn)線中agv與機(jī)器聯(lián)合調(diào)度方法，解決了沖突問(wèn)題，但仍綜合未考慮路徑最短和轉(zhuǎn)彎次數(shù)這兩個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。可以看出，目前關(guān)于多agv路徑規(guī)劃的研究大部分都集中在如何實(shí)現(xiàn)避免agv發(fā)生沖突，但沒(méi)有將轉(zhuǎn)彎次數(shù)少、路徑最短和沖突消解進(jìn)行綜合考慮。即使考慮了轉(zhuǎn)彎，但仍然需要考慮更復(fù)雜的重新規(guī)劃情況。因此有必要進(jìn)一步研究一種能實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化搬運(yùn)過(guò)程的agv路徑規(guī)劃方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于時(shí)間窗和改進(jìn)a星算法結(jié)合的多agv路徑規(guī)劃方法,主要考慮在靜態(tài)障礙物確定的情況下，以路徑最短為優(yōu)化目標(biāo)的單agv路徑規(guī)劃算法；以及考慮多個(gè)agv在智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)完成搬運(yùn)任務(wù)可能會(huì)發(fā)生的碰撞、沖突情況，結(jié)合避碰方法和單agv路徑規(guī)劃方法的多agv路徑規(guī)劃方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本技術(shù)提供的技術(shù)方案如下：

3、基于時(shí)間窗和改進(jìn)a星算法結(jié)合的多agv路徑規(guī)劃方法，包含以下步驟：

4、步驟（1）.判斷agv隊(duì)列是否為空：任務(wù)分配完成后，如各個(gè)agv都擁有各自任務(wù)串，則agv隊(duì)列不為空，所有帶有搬運(yùn)任務(wù)的agv組成agv隊(duì)列執(zhí)行下一步驟，如果存在為空的agv隊(duì)列，則結(jié)束規(guī)劃；

5、步驟（2）.根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)對(duì)所有agv進(jìn)行排序，根據(jù)排序選出第一個(gè)agv，調(diào)用改進(jìn)a星算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，進(jìn)行路徑時(shí)間計(jì)算，確定時(shí)間窗，明確占用各個(gè)柵格編號(hào)和占用的時(shí)間；

6、步驟（3）.選出下一個(gè)agv，進(jìn)行路徑時(shí)間計(jì)算；

7、步驟（4）.基于時(shí)間窗算法判斷時(shí)間窗是否與第一個(gè)agv重疊，如果重疊，則判斷如將下一個(gè)agv到達(dá)沖突點(diǎn)的時(shí)間窗后移，讓下一個(gè)agv在沖突節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)柵格等待第一個(gè)agv通過(guò)，能否避免發(fā)生沖突，如果可以避免沖突則將時(shí)間窗推后尋找空閑時(shí)間段并插入，如果不能則對(duì)下一個(gè)agv重新規(guī)劃整個(gè)運(yùn)行路徑，如果不沖突，則登記該agv占用的柵格編號(hào)和占用的時(shí)間，并從隊(duì)列中刪除該agv；

8、步驟（5）.確定agv隊(duì)列是否為空，即所有agv都規(guī)劃好了路徑，如果為否，則回到步驟（3）將下一個(gè)agv初始化為第一個(gè)agv；

9、步驟（6）.若agv隊(duì)列為空，則輸出多agv路徑規(guī)劃方案。

10、進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述改進(jìn)a星算法在a星算法原始啟發(fā)式函數(shù)的基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)彎因數(shù)來(lái)作為罰函數(shù)，agv在行駛到每一柵格所在位置時(shí)會(huì)判斷是否需要轉(zhuǎn)彎，如果繼續(xù)直行而選擇的柵格是自由通行柵格，那就選擇該柵格來(lái)保持直行而不選擇轉(zhuǎn)彎，確保直行柵格優(yōu)先度大于轉(zhuǎn)彎柵格優(yōu)先度。

11、進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述改進(jìn)a星算法在a星算法原始啟發(fā)式函數(shù)的預(yù)估函數(shù)h（n）前增加一個(gè)權(quán)重參數(shù)，從而改變啟發(fā)函數(shù)的權(quán)重；通過(guò)調(diào)整實(shí)際代價(jià)與預(yù)估代價(jià)的比值，可以有效減少搜索的節(jié)點(diǎn)數(shù)，提高搜索速度。

12、進(jìn)一步地，步驟（2）中，改進(jìn)a星算法的啟發(fā)式函數(shù)如下式：

13、；式中，表示起點(diǎn)到目標(biāo)終點(diǎn)的總體估值；表示從起點(diǎn)到當(dāng)前所在節(jié)點(diǎn)n的實(shí)際代價(jià)值；為權(quán)重參數(shù)，用于調(diào)整實(shí)際代價(jià)與預(yù)估代價(jià)的比值，減少搜索節(jié)點(diǎn)數(shù)；表示當(dāng)前所在節(jié)點(diǎn) n遍歷所有中間節(jié)點(diǎn)之后到終點(diǎn)代價(jià)的估價(jià)值； k為常數(shù)； r為轉(zhuǎn)彎次數(shù)。

14、進(jìn)一步地，步驟（4）中的時(shí)間窗的是指將agv執(zhí)行某個(gè)特定動(dòng)作所持續(xù)經(jīng)歷的時(shí)間合在一起，構(gòu)成了這一過(guò)程的時(shí)間集合。

15、再進(jìn)一步地，假設(shè)第 n個(gè)agv擁有 a個(gè)時(shí)間窗，其所述時(shí)間窗表示為，其中t的下標(biāo)表示時(shí)間窗個(gè)數(shù)，按時(shí)間窗前后順序排序，且上一個(gè)時(shí)間窗的結(jié)束時(shí)間大于下一個(gè)時(shí)間窗的起始時(shí)間，關(guān)于agv的運(yùn)動(dòng)時(shí)間用下式來(lái)求解：

16、；式中代表agv自身長(zhǎng)度，l路代表從起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離，v代表agv速度。

17、更進(jìn)一步地，為了便于在后續(xù)對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)所形成的時(shí)間窗做以下的假設(shè)以控制額外變量:

18、a）.假設(shè)agv為質(zhì)點(diǎn)，不再考慮agv自身的大小，每一個(gè)agv行駛時(shí)都會(huì)占用一個(gè)柵格；

19、b）.每一個(gè)柵格均設(shè)置為雙向單通道，一個(gè)柵格只能允許一個(gè)agv通行，但柵格具有雙向性，agv可通過(guò)柵格往上下左右四個(gè)方向移動(dòng)；

20、c）.agv為直線勻速行駛，速度，不考慮加減速以及去貨架搬運(yùn)貨物所需要的等待時(shí)間，在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候看作勻速通過(guò)三個(gè)柵格；

21、d）.當(dāng)agv通過(guò)某一柵格之后，就立即釋放該柵格狀態(tài)為空閑；

22、將以下兩個(gè)公式作為agv路徑規(guī)劃過(guò)程中的每個(gè)任務(wù)的原始時(shí)間窗和時(shí)間點(diǎn)參數(shù)，輸入到上述方法中，首先在完成路徑規(guī)劃后更新上述參數(shù)，然后將更新后的時(shí)間窗和時(shí)間點(diǎn)參數(shù)下發(fā)到各agv上執(zhí)行任務(wù)：

23、；

24、；

25、在上式中，表示為第m個(gè)agv完成搬運(yùn)任務(wù)時(shí)所規(guī)劃路徑的時(shí)間窗；和為該agv到達(dá)路徑中第k個(gè)和第k+1個(gè)柵格的時(shí)間點(diǎn)；為該agv路徑中第i個(gè)和第i+1個(gè)柵格之間的距離。

26、本發(fā)明的有益效果在于：

27、1、本方法根據(jù)實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境agv運(yùn)行的特點(diǎn)，在a星算法基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的a星算法來(lái)用于倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)單agv路徑規(guī)劃，針對(duì)傳統(tǒng)a星算法存在的“agv運(yùn)動(dòng)所規(guī)劃路徑可能存在轉(zhuǎn)彎次數(shù)過(guò)多的問(wèn)題”，改進(jìn)了a星算法的啟發(fā)函數(shù)來(lái)減少agv轉(zhuǎn)彎次數(shù)。

28、2、本方法分析了多agv沖突類(lèi)型和解決策略，提出了一種基于時(shí)間窗和改進(jìn)a星算法結(jié)合的混合調(diào)整策略來(lái)用于多agv路徑規(guī)劃，并且通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了所提出的多agv路徑規(guī)劃方法相比于未采用調(diào)整策略下的agv路徑規(guī)劃方法在避免agv沖突方面的優(yōu)越性。