專利名稱：自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)及控制方法，屬于自動化輸送中的無線通信和分布式控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自動導(dǎo)向車系統(tǒng)(AGVQ是由多臺自主車輛組成，集機(jī)電控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及無線通訊等技術(shù)于一體的集成化智能運(yùn)輸系統(tǒng)。目前，自動導(dǎo)向車系統(tǒng)在國內(nèi)外的車站、碼頭等大型場所，相當(dāng)一部分物流輸送相關(guān)企業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)對于多輛自動導(dǎo)引車的協(xié)同控制方面，主要是以工業(yè)計(jì)算機(jī)為集中控制平臺，車輛的作業(yè)調(diào)度、路徑規(guī)劃以及全系統(tǒng)的監(jiān)控都由該控制中心完成，所有車輛除從自身傳感器感知環(huán)境之外只與控制中心進(jìn)行交互?；谶@種主從通信的集中式控制方式雖然成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，但它僅適用于具有少量車輛、簡單調(diào)度策略的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著系統(tǒng)內(nèi)車輛數(shù)的增加，全局性路徑規(guī)劃和調(diào)度算法對計(jì)算機(jī)的性能提出了苛刻要求，巨大的通信吞吐量不能保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)和穩(wěn)定，同時(shí)如果還需要中央控制器執(zhí)行監(jiān)控和任務(wù)分派，這種集中式的控制方式已經(jīng)不能達(dá)到預(yù)期的性能效果。分布式控制模型對于解決系統(tǒng)性能瓶頸具有獨(dú)特的優(yōu)勢，在分布式控制架構(gòu)下對于多個機(jī)器人的協(xié)調(diào)與合作的研究已逐漸成為多機(jī)器人系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容。在移動機(jī)器人分布式控制和協(xié)作方面，已申請的專利主要有[CN2010105997^. 3]、 [CN200810115616. 8]，自動導(dǎo)引車作為移動機(jī)器人的一種，與以上兩個專利所描述對象的結(jié)構(gòu)特征、運(yùn)行環(huán)境以及應(yīng)用領(lǐng)域都有明顯不同。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)及控制方法，利用多智能體協(xié)作的相關(guān)理論，結(jié)合傳感器技術(shù)、無線通訊技術(shù)、多線程技術(shù)以及智能交通技術(shù)，在每一臺自動導(dǎo)引車輛的控制系統(tǒng)之上，構(gòu)建對周圍環(huán)境包括交通信息、路徑規(guī)劃、防碰撞等獨(dú)立的感知、決策、執(zhí)行系統(tǒng)，使每一臺AGV都具有較高自治水平，在任務(wù)已知的情況下，通過分布式的路徑規(guī)劃和自主的合理蔽障來完成作業(yè)任務(wù)。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
一種自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)，包括應(yīng)用層、協(xié)作層和感知層，所述的應(yīng)用層，包括與人機(jī)接口相連的車輛控制模塊、環(huán)境建模模塊、任務(wù)管理模塊、全局監(jiān)控模塊；所述的協(xié)作層，包括全系統(tǒng)信息交互和采集的對等通信網(wǎng)絡(luò)、無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元、分布式路徑規(guī)劃單元和無線收發(fā)模塊；所述的感知層，包括射頻讀卡器、編碼器、測距傳感器， 應(yīng)用層通過以太網(wǎng)連接協(xié)作層中的無線對等網(wǎng)絡(luò)控制單元，感知層通過CAN總線接入?yún)f(xié)作層中的分布式路徑規(guī)劃單元。自動引導(dǎo)車分布式協(xié)同控制系統(tǒng)，所述的協(xié)作層中的無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元包括ARM主控芯片、擴(kuò)展SDRAM存儲器、串口電平轉(zhuǎn)化芯片1和串口電平轉(zhuǎn)化芯片2、網(wǎng)絡(luò)芯片、RJ-45接口、電源芯片、復(fù)位芯片、時(shí)鐘芯片、按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽、調(diào)試接口、串口終端、Zigbee無線收發(fā)模塊，其中，擴(kuò)展SDRAM存儲器和網(wǎng)絡(luò)芯片分別通過16位數(shù)據(jù)地址Bus與ARM主控芯片連接；RJ-45接口連接網(wǎng)絡(luò)芯片；串口電平轉(zhuǎn)化芯片1通過UART接口與 ARM主控芯片連接，同時(shí)通過RS-232接口與Zigbee無線收發(fā)模塊連接；串口電平轉(zhuǎn)化芯片 2通過UART接口與ARM主控芯片連接，同時(shí)通過RS-232接口與串口終端連接；時(shí)鐘芯片通過I/O方式與ARM主控芯片連接；按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽與ARM主控芯片連接；復(fù)位芯片連接ARM主控芯片復(fù)位引腳；電源芯片與ARM主控芯片電源引腳連接；調(diào)試接口與ARM 主控芯片通過JTAG協(xié)議線連接。自動引導(dǎo)車分布式協(xié)同控制系統(tǒng)，所述的協(xié)作層中的分布式路徑規(guī)劃單元包括 ARM主控芯片、擴(kuò)展SDRAM存儲器、擴(kuò)展FLASH、串口電平轉(zhuǎn)化芯片、CAN總線接口芯片、電源芯片、復(fù)位芯片、時(shí)鐘芯片、按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽、調(diào)試接口、Zigbee無線收發(fā)模塊、自動導(dǎo)引車控制器，其中，擴(kuò)展SDRAM存儲器和擴(kuò)展FLASH分別通過16位數(shù)據(jù)地址Bus 與ARM主控芯片連接；串口電平轉(zhuǎn)化芯片通過UART接口與ARM主控芯片連接，同時(shí)通過 RS-232接口與Zigbee無線收發(fā)模塊連接；CAN總線接口芯片通過TD/RD接口連接ARM主控芯片，同時(shí)通過CAN總線連接自動導(dǎo)引車控制器；時(shí)鐘芯片通過I/O方式與ARM主控芯片連接；按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽通過I/O方式與ARM主控芯片連接；復(fù)位芯片連接ARM主控芯片復(fù)位引腳；電源芯片與ARM主控芯片電源引腳連接；調(diào)試接口通過JTAG協(xié)議線與ARM 主控芯片連接。自動引導(dǎo)車分布式協(xié)同控制系統(tǒng)，所述的協(xié)作層全系統(tǒng)信息交互和采集的對等通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈Mesh網(wǎng)狀，其中任意兩個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對等通信。所述的自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟
(1)應(yīng)用層根據(jù)實(shí)際需要建立路徑的電子地圖，配置節(jié)點(diǎn)信息和路徑權(quán)值；
(2)應(yīng)用層把電子地圖信息通過以太網(wǎng)傳送至協(xié)作層網(wǎng)關(guān)，由無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元下載至工作車輛；
(3)應(yīng)用層根據(jù)實(shí)際需要指定某一傳送任務(wù)的開始、?？?、結(jié)束工位，組成任務(wù)隊(duì)列通過以太網(wǎng)傳送至協(xié)作層網(wǎng)關(guān)，由無線對等網(wǎng)絡(luò)控制單元發(fā)布任務(wù)，各分布式路徑規(guī)劃單元通過競爭獲取各自合適任務(wù)；
(4)分布式路徑規(guī)劃單元根據(jù)獲取任務(wù)按照相應(yīng)策略進(jìn)行分布式路徑規(guī)劃，等待加入?yún)f(xié)作網(wǎng)絡(luò)；
(5)無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元啟動無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，各就緒節(jié)點(diǎn)注冊加入?yún)f(xié)作網(wǎng)絡(luò)后， 發(fā)布協(xié)作啟動命令，各分布式路徑規(guī)劃單元按照規(guī)劃路徑啟動運(yùn)行，按周期進(jìn)行自主協(xié)作， 主要完成行進(jìn)路線上的沖突規(guī)避，順利達(dá)到目的地，以此往復(fù)。所述的自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)的控制方法，所述的步驟(5)中的自主協(xié)作通過各自動導(dǎo)向車廣播協(xié)作標(biāo)識完成，協(xié)作標(biāo)識包括路口占用、工位占用、隊(duì)列前進(jìn)、超車避讓、相向避讓。所述的自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述的步驟 (5)中的沖突規(guī)避指當(dāng)車輛一旦進(jìn)入路口(工位)區(qū)域，則立刻發(fā)送路口(工位)占用標(biāo)識， 該路口(工位)其他方向車輛需等待直至當(dāng)前占用車輛(組)離開路口(工位)區(qū)域，路口(工位)占用標(biāo)識撤銷；在隊(duì)列前進(jìn)協(xié)作模式下，當(dāng)車輛檢測到前方有其他車輛，則與前車保持車距，跟隨前車運(yùn)行，車隊(duì)模式適用于單向行駛車道；在超車模式下，若行進(jìn)道路上慢車擋住快車，在指定區(qū)域，慢車可以給快車讓道；若在同一路徑上出現(xiàn)兩輛相向行駛車輛，則該路徑進(jìn)入相向避讓模式，優(yōu)先級低車輛實(shí)施避讓，優(yōu)先級高車輛通過；相向避讓模式中，低優(yōu)先級車輛采取橫向漂移或者動態(tài)交匯方式避讓。本發(fā)明的有益效果如下
1、 采用了分布式的嵌入式多核處理模式和對等的ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，對于下達(dá)的作業(yè)任務(wù)可以順利進(jìn)行并行計(jì)算和處理，系統(tǒng)開銷和節(jié)點(diǎn)數(shù)目耦合性小，極大得提高了系統(tǒng)的容量和效率。2、采用基于802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee技術(shù)組建無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全局的協(xié)同工作，一方面充分利用了 ZigBee協(xié)議棧底層的防沖突機(jī)制和多跳路由機(jī)制，無形中為系統(tǒng)通信增加了必要的冗余，通信容錯性和穩(wěn)定性得到充分保證。另一方面，由于ZigBee協(xié)議棧對自組網(wǎng)的支持，使系統(tǒng)具有了豐富的開放接口，具有了極大的可擴(kuò)展性。3、利用了無線射頻技術(shù)描述和讀取抽象環(huán)境信息優(yōu)勢，結(jié)合數(shù)字化環(huán)境建模技術(shù)，系統(tǒng)具備了相當(dāng)?shù)牡纳a(chǎn)配置柔性。


圖1為自動引導(dǎo)車分布式協(xié)同控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為用于全系統(tǒng)信息交互和采集對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元結(jié)構(gòu)圖。圖3為分布式路徑規(guī)劃單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4為各ZigBee路由節(jié)點(diǎn)在協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的控制下的通訊時(shí)序圖。圖5為用于全系統(tǒng)信息交互和采集對等通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。圖6為分布式路徑規(guī)劃單元中的協(xié)作處理流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為自動引導(dǎo)車分布式協(xié)同控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，本系統(tǒng)可以分為應(yīng)用層、 協(xié)作層、感知層。所述的應(yīng)用層，包括車輛控制模塊、環(huán)境建模模塊、任務(wù)管理模塊、全局監(jiān)控模塊；所述的協(xié)作層，包括全系統(tǒng)信息交互和采集的對等通信網(wǎng)絡(luò)、無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元、分布式路徑規(guī)劃單元和無線收發(fā)模塊；所述的感知層，包括射頻讀卡器、編碼器、測距傳感器。應(yīng)用層通過以太網(wǎng)連接協(xié)作層中的無線對等網(wǎng)絡(luò)控制單元，感知層通過CAN總線接入?yún)f(xié)作層中的分布式路徑規(guī)劃單元。應(yīng)用層中的各模塊功能車輛控制模塊，主要用于手動控制各車輛運(yùn)行，檢查車輛狀態(tài)；環(huán)境建模模塊，主要用于根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際路線和工位情況建立、修改和存檔二維平面模型，負(fù)責(zé)把路徑信息、節(jié)點(diǎn)信息下載到自行導(dǎo)引車輛的分布式路徑規(guī)劃器上；任務(wù)管理模塊，主要用于客戶需求輸入、定制，以車輛狀態(tài)和系統(tǒng)性能為依據(jù)對空閑車輛進(jìn)行任務(wù)分配和回收；全局監(jiān)控模塊主要用來采集和顯示當(dāng)前系統(tǒng)在線車輛的電氣參數(shù)、位置參數(shù)，各工位的運(yùn)行狀態(tài)以及充電站等配套單元的運(yùn)行狀況。感知層中的編碼器與自動導(dǎo)向車驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)配套，測距傳感器安裝于自動導(dǎo)向車正前方中心，射頻讀卡器安裝于自動導(dǎo)向車正前方底部。射頻卡為EM4001標(biāo)準(zhǔn)的ID卡， 分別置于實(shí)際路徑需要動作工位、交叉路口、交匯路口、充電站等地標(biāo)位置。協(xié)作層中的全系統(tǒng)信息交互和采集的對等通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈Mesh網(wǎng)狀，其中任意兩個節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行對等通信。全系統(tǒng)信息交互和采集的ZigBee無線對等通信網(wǎng)絡(luò)由一個具有協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)功能的ZigBee收發(fā)模塊和若干個具有路由節(jié)點(diǎn)功能的ZigBee收發(fā)模塊組成。具有協(xié)調(diào)功能的ZigBee收發(fā)模塊通過串口與無線對等網(wǎng)絡(luò)控制單元相連，具有路由功能的ZigBee收發(fā)模塊通過串口與分布式路徑規(guī)劃單元相連。光電編碼器、激光測距傳感器、射頻讀卡器作為DI點(diǎn)，通過CAN總線連接分布式路徑規(guī)劃單元。在應(yīng)用層與協(xié)作層之間，存在用于全系統(tǒng)信息交互和采集的無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元，該控制單元是協(xié)作層網(wǎng)絡(luò)建立者也是與協(xié)作層網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用層進(jìn)行交互的接口，是本發(fā)明體系中最重要的模塊之一。圖2為本發(fā)明用于全系統(tǒng)信息交互和采集對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)圖。該控制單元包括ARM主控芯片、擴(kuò)展SDRAM存儲器、串口電平轉(zhuǎn)化芯片1和串口電平轉(zhuǎn)化芯片2、網(wǎng)絡(luò)芯片、RJ-45接口、電源芯片、復(fù)位芯片、時(shí)鐘芯片、按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO 槽、調(diào)試接口、串口終端、Zigbee無線收發(fā)模塊，其中，擴(kuò)展SDRAM存儲器和網(wǎng)絡(luò)芯片分別通過16位數(shù)據(jù)地址Bus與ARM主控芯片連接；RJ-45接口連接網(wǎng)絡(luò)芯片；串口電平轉(zhuǎn)化芯片1 通過UART接口與ARM主控芯片連接，同時(shí)通過RS-232接口與Zigbee無線收發(fā)模塊連接； 串口電平轉(zhuǎn)化芯片2通過UART接口與ARM主控芯片連接，同時(shí)通過RS-232接口與串口終端連接；時(shí)鐘芯片通過I/O方式與ARM主控芯片連接；按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽與ARM主控芯片連接；復(fù)位芯片連接ARM主控芯片復(fù)位引腳；電源芯片與ARM主控芯片電源引腳連接；調(diào)試接口與ARM主控芯片通過JTAG協(xié)議線連接。其中電源芯片提供ARM主控芯片和外圍接口器件所需要的5V、3. 3V、1. 8V的穩(wěn)壓源；調(diào)試接口通過JTAG協(xié)議線連接ARM主控芯片，用于程序燒寫和在線調(diào)試；擴(kuò)展SDRAM存儲器，一方面提供程序的基本運(yùn)行環(huán)境(和ARM主控芯片自帶RAM —起)，最主要是提供下層各分布式節(jié)點(diǎn)的面向全局的數(shù)據(jù)緩沖，該數(shù)據(jù)緩沖區(qū)根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同，可以分為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)緩沖、交通狀態(tài)緩沖、任務(wù)信息緩沖。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)緩沖區(qū)主要面向應(yīng)用層，提供車輛運(yùn)行的車內(nèi)狀態(tài)參數(shù)，包括所在節(jié)點(diǎn)、運(yùn)行速度、電池狀態(tài)等。交通狀態(tài)緩沖區(qū)主要面向協(xié)作層網(wǎng)絡(luò)，交通狀態(tài)主要是指交叉路口的占用/空閑標(biāo)志，單車道的占用/空閑標(biāo)志等。任務(wù)信息緩沖區(qū)主要面向協(xié)作層網(wǎng)絡(luò)，用于發(fā)布應(yīng)用層的任務(wù)信息。時(shí)鐘芯片提供系統(tǒng)通信時(shí)間戳基準(zhǔn)。復(fù)位芯片一方面提供系統(tǒng)軟啟動，其自帶觀的EEPROM可以存放系統(tǒng)基本配置信息，供上電時(shí)系統(tǒng)讀取。ZigBee無線收發(fā)模塊(協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn))通過串口電平轉(zhuǎn)換芯片1接入控制單元，協(xié)作層每一個節(jié)點(diǎn)(一輛車)進(jìn)入或者離開協(xié)作層，必須進(jìn)過該節(jié)點(diǎn)注冊。應(yīng)用層對協(xié)作層的控制信息以及協(xié)作層對應(yīng)用層的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都通過該節(jié)點(diǎn)。串口電平轉(zhuǎn)換芯片2主要連接本地PC機(jī)的串口終端，用于本地調(diào)試終端顯示。網(wǎng)絡(luò)芯片作為協(xié)作層網(wǎng)絡(luò)為外的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，提供應(yīng)用層用戶訪問的物理接口，通過該芯片，還可以對協(xié)作層進(jìn)行基于hternet 的遠(yuǎn)程監(jiān)控。按鍵和指示燈用于配置系統(tǒng)基本參數(shù)以及系統(tǒng)狀態(tài)顯示。圖3為分布式路徑規(guī)劃單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。包括ARM主控芯片、擴(kuò)展SDRAM存儲器、擴(kuò)展FLASH、串口電平轉(zhuǎn)化芯片、CAN總線接口芯片、電源芯片、復(fù)位芯片、時(shí)鐘芯片、按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽、調(diào)試接口、Zigbee無線收發(fā)模塊、自動導(dǎo)引車控制器，其中，擴(kuò)展 SDRAM存儲器和擴(kuò)展FLASH分別通過16位數(shù)據(jù)地址Bus與ARM主控芯片連接；串口電平轉(zhuǎn)化芯片通過UART接口與ARM主控芯片連接，同時(shí)通過RS-232接口與Zigbee無線收發(fā)模塊連接；CAN總線接口芯片通過TD/RD接口連接ARM主控芯片，同時(shí)通過CAN總線連接自動導(dǎo)引車控制器；時(shí)鐘芯片通過I/O方式與ARM主控芯片連接；按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽通過 I/O方式與ARM主控芯片連接；復(fù)位芯片連接ARM主控芯片復(fù)位引腳；電源芯片與ARM主控芯片電源引腳連接；調(diào)試接口通過JTAG協(xié)議線與ARM主控芯片連接。其中電源芯片提供ARM主控芯片和外圍接口器件所需要的5V、3. 3V、1. 8V的穩(wěn)壓源；調(diào)試接口通過JTAG協(xié)議線連接ARM主控芯片，用于程序燒寫和在線調(diào)試；擴(kuò)展SDRAM存儲器通過提供程序的基本運(yùn)行環(huán)境(和ARM主控芯片自帶RAM —起)；擴(kuò)展FLASH —方面提供程序代碼存儲空間，另一方面，主要用來存儲電子地圖，主要包括節(jié)點(diǎn)信息和路徑信息， 分布式路徑規(guī)劃器上電自動從程序存儲器引導(dǎo)地圖信息，至于地圖的下載與更新，則受應(yīng)用層控制。ZigBee無線收發(fā)模塊(路由節(jié)點(diǎn))通過串口電平轉(zhuǎn)換接口 1接入分布式路徑規(guī)劃單元，ARM主控芯片通過該模塊向ZigBee網(wǎng)絡(luò)廣播自身信息、接受其他車輛信息，廣播時(shí)機(jī)受到前文描述圖2中的協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)控制。圖4為各ZigBee路由節(jié)點(diǎn)在協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的控制下的通訊時(shí)序圖，系統(tǒng)初始時(shí)刻，由無線對等網(wǎng)絡(luò)控制單元向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送一幀控制信息，時(shí)間窗口為tl，其他路由節(jié)點(diǎn)接受到此命令后，按照車輛編號以時(shí)間窗口 t2 (t2受到tl中控制指令的調(diào)整)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布自己的局部環(huán)境狀態(tài)，廣播信息主要包括運(yùn)行方式、車輛方位、協(xié)作標(biāo)語、移動速度等。在非廣播窗口內(nèi)，各路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)入偵聽狀態(tài)，過濾廣播節(jié)點(diǎn)信息，結(jié)合自身運(yùn)動狀態(tài)，向運(yùn)動控制器發(fā)出相應(yīng)動作信息。廣播的停止也以收到網(wǎng)絡(luò)控制單元的命令為準(zhǔn)。圖5為用于全系統(tǒng)信息交互和采集對等通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈Mesh狀，其中包括一個協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn))和若干個路由節(jié)點(diǎn)(路由節(jié)點(diǎn))(一個子網(wǎng)可以達(dá)254個)。 協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)是一個全功能節(jié)點(diǎn)，在包含路由節(jié)點(diǎn)的所有功能之外，還能作為一個子網(wǎng)的建立者，在此Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何節(jié)點(diǎn)加入和離開，都必須經(jīng)過該協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)建立以后，該網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)都成為邏輯上對等的結(jié)構(gòu)，也就是指，該網(wǎng)絡(luò)中任何兩個節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行隨機(jī)通信，由于ZigBee底層協(xié)議支持碰撞檢測和退避重發(fā)功能，保證了通信的可靠性， 但是為了保證通信的效率和秩序，本發(fā)明采用了前文所述的時(shí)間窗廣播策略。感知層是由安裝于自主導(dǎo)向車上的傳感器組成的環(huán)境探測網(wǎng)絡(luò)，傳感器主要包括探測車輛速度和運(yùn)行方向和相對運(yùn)動距離的編碼器，探測車輛位置的射頻讀卡器(從置于運(yùn)行路徑上的射頻卡讀取信息)，和探測車輛之間距離的測距傳感器等。編碼器、射頻讀卡器以及測距傳感器都連入自動導(dǎo)向車的控制總線，這些傳感器得到的環(huán)境信息一方面作為狀態(tài)參數(shù)上傳至應(yīng)用層，更重要的是作為分布式控制器進(jìn)行協(xié)作的依據(jù)，自身的狀態(tài)和其他自主導(dǎo)向車車輛的狀態(tài)信息通過協(xié)作層網(wǎng)絡(luò)的有序組織，交予分布式路徑規(guī)劃單元中的協(xié)作程序處理。圖6為分布式路徑規(guī)劃單元中的協(xié)作處理流程圖。應(yīng)用層向空閑車輛發(fā)布任務(wù)信息進(jìn)入任務(wù)信息池，各車輛以自身的車輛狀態(tài)參數(shù)、車輛位置等為依據(jù)進(jìn)行自檢，若自檢不通過，則該車進(jìn)入故障排除程序，同時(shí)被踢出候選隊(duì)列。若自檢通過，車輛進(jìn)一步獲取任務(wù)信息，結(jié)合車載電子地圖進(jìn)行路徑規(guī)劃。規(guī)劃結(jié)果上傳入應(yīng)用層，應(yīng)用層任務(wù)管理模塊根據(jù)任務(wù)競爭策略，獲取最佳方案實(shí)施車輛。任務(wù)競爭結(jié)束后，落選車輛進(jìn)入下一輪任務(wù)競爭， 勝出車輛等待分布式網(wǎng)絡(luò)控制器的廣播同步指令，從而駛?cè)肼窂絾舆\(yùn)行。任務(wù)執(zhí)行車輛在按照路徑行駛過程當(dāng)中，根據(jù)射頻信息判斷當(dāng)前區(qū)域是否為路口區(qū)域、一般行駛區(qū)域、車隊(duì)行駛區(qū)域、避障區(qū)域。若為路口區(qū)域，從協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)獲取路口交通協(xié)作標(biāo)識，按照路口協(xié)調(diào)策略行駛。若為進(jìn)入車隊(duì)行駛區(qū)域，則保持車距，頭車按照正常策略行駛，后車則保持車距。 若進(jìn)入避障區(qū)域，則進(jìn)入避障處理流程。每兩個節(jié)點(diǎn)之間都按照此行駛策略進(jìn)行，知道達(dá)到目的地后，等待新任務(wù)下達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于，包括應(yīng)用層、協(xié)作層和感知層，所述的應(yīng)用層，包括與人機(jī)接口相連的車輛控制模塊、環(huán)境建模模塊、任務(wù)管理模塊、 全局監(jiān)控模塊；所述的協(xié)作層，包括全系統(tǒng)信息交互和采集的對等通信網(wǎng)絡(luò)、無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元、分布式路徑規(guī)劃單元和無線收發(fā)模塊；所述的感知層，包括射頻讀卡器、編碼器、測距傳感器，應(yīng)用層通過以太網(wǎng)連接協(xié)作層中的無線對等網(wǎng)絡(luò)控制單元，感知層通過 CAN總線接入?yún)f(xié)作層中的分布式路徑規(guī)劃單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動引導(dǎo)車分布式協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于所述的協(xié)作層中的無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元包括ARM主控芯片、擴(kuò)展SDRAM存儲器、串口電平轉(zhuǎn)化芯片 1和串口電平轉(zhuǎn)化芯片2、網(wǎng)絡(luò)芯片、RJ-45接口、電源芯片、復(fù)位芯片、時(shí)鐘芯片、按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽、調(diào)試接口、串口終端、Zigbee無線收發(fā)模塊，其中，擴(kuò)展SDRAM存儲器和網(wǎng)絡(luò)芯片分別通過16位數(shù)據(jù)地址Bus與ARM主控芯片連接；RJ-45接口連接網(wǎng)絡(luò)芯片；串口電平轉(zhuǎn)化芯片1通過UART接口與ARM主控芯片連接，同時(shí)通過RS-232接口與Zigbee無線收發(fā)模塊連接；串口電平轉(zhuǎn)化芯片2通過UART接口與ARM主控芯片連接，同時(shí)通過RS-232 接口與串口終端連接；時(shí)鐘芯片通過I/O方式與ARM主控芯片連接；按鍵與指示燈、擴(kuò)展 GPIO槽與ARM主控芯片連接；復(fù)位芯片連接ARM主控芯片復(fù)位引腳；電源芯片與ARM主控芯片電源引腳連接；調(diào)試接口與ARM主控芯片通過JTAG協(xié)議線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動引導(dǎo)車分布式協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于所述的協(xié)作層中的分布式路徑規(guī)劃單元包括ARM主控芯片、擴(kuò)展SDRAM存儲器、擴(kuò)展FLASH、串口電平轉(zhuǎn)化芯片、CAN總線接口芯片、電源芯片、復(fù)位芯片、時(shí)鐘芯片、按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽、調(diào)試接口、Zigbee無線收發(fā)模塊、自動導(dǎo)引車控制器，其中，擴(kuò)展SDRAM存儲器和擴(kuò)展FLASH分別通過16位數(shù)據(jù)地址Bus與ARM主控芯片連接；串口電平轉(zhuǎn)化芯片通過UART接口與ARM 主控芯片連接，同時(shí)通過RS-232接口與Zigbee無線收發(fā)模塊連接；CAN總線接口芯片通過 TD/RD接口連接ARM主控芯片，同時(shí)通過CAN總線連接自動導(dǎo)引車控制器；時(shí)鐘芯片通過I/ 0方式與ARM主控芯片連接；按鍵與指示燈、擴(kuò)展GPIO槽通過I/O方式與ARM主控芯片連接；復(fù)位芯片連接ARM主控芯片復(fù)位引腳；電源芯片與ARM主控芯片電源引腳連接；調(diào)試接口通過JTAG協(xié)議線與ARM主控芯片連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動引導(dǎo)車分布式協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于所述的協(xié)作層中的全系統(tǒng)信息交互和采集的對等通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈Mesh網(wǎng)狀，其中任意兩個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對等通信。
5.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟(1)應(yīng)用層根據(jù)實(shí)際需要建立路徑的電子地圖，配置節(jié)點(diǎn)信息和路徑權(quán)值；(2)應(yīng)用層把電子地圖信息通過以太網(wǎng)傳送至協(xié)作層網(wǎng)關(guān)，由無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元下載至工作車輛；(3)應(yīng)用層根據(jù)實(shí)際需要指定某一傳送任務(wù)的開始、?？?、結(jié)束工位，組成任務(wù)隊(duì)列通過以太網(wǎng)傳送至協(xié)作層網(wǎng)關(guān)，由無線對等網(wǎng)絡(luò)控制單元發(fā)布任務(wù)，各分布式路徑規(guī)劃單元通過競爭獲取各自合適任務(wù)；(4)分布式路徑規(guī)劃單元根據(jù)獲取任務(wù)按照相應(yīng)策略進(jìn)行分布式路徑規(guī)劃，等待加入?yún)f(xié)作網(wǎng)絡(luò)；(5)無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元啟動無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，各就緒節(jié)點(diǎn)注冊加入?yún)f(xié)作網(wǎng)絡(luò)后， 發(fā)布協(xié)作啟動命令，各分布式路徑規(guī)劃單元按照規(guī)劃路徑啟動運(yùn)行，按周期進(jìn)行自主協(xié)作， 主要完成行進(jìn)路線上的沖突規(guī)避，順利達(dá)到目的地，以此往復(fù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述的步驟(5)中的自主協(xié)作通過各自動導(dǎo)向車廣播協(xié)作標(biāo)識完成，協(xié)作標(biāo)識包括路口占用、工位占用、隊(duì)列前進(jìn)、超車避讓、相向避讓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述的步驟(5)中的沖突規(guī)避指當(dāng)車輛一旦進(jìn)入路口區(qū)域，則立刻發(fā)送路口占用標(biāo)識，該路口其他方向車輛需等待直至當(dāng)前占用車輛離開路口區(qū)域，路口占用標(biāo)識撤銷；在隊(duì)列前進(jìn)協(xié)作模式下，當(dāng)車輛檢測到前方有其他車輛，則與前車保持車距，跟隨前車運(yùn)行，車隊(duì)模式適用于單向行駛車道；在超車模式下，若行進(jìn)道路上慢車擋住快車，在指定區(qū)域，慢車可以給快車讓道；若在同一路徑上出現(xiàn)兩輛相向行駛車輛，則該路徑進(jìn)入相向避讓模式，優(yōu)先級低車輛實(shí)施避讓，優(yōu)先級高車輛通過；相向避讓模式中，低優(yōu)先級車輛采取橫向漂移或者動態(tài)交匯方式避讓。
全文摘要
一種自動引導(dǎo)車分布式自主協(xié)同控制系統(tǒng)及控制方法，屬于自動化輸送中的無線通信和分布式控制領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括應(yīng)用層、協(xié)作層和感知層，應(yīng)用層，包括車輛控制模塊、環(huán)境建模模塊、任務(wù)管理模塊、全局監(jiān)控模塊；協(xié)作層，包括全系統(tǒng)信息交互和采集的對等通信網(wǎng)絡(luò)、無線對等通信網(wǎng)絡(luò)控制單元、分布式路徑規(guī)劃單元和無線收發(fā)模塊；感知層，包括射頻讀卡器、編碼器、測距傳感器等。本發(fā)明顯著提高了多AGV系統(tǒng)的運(yùn)算能力、系統(tǒng)容量和運(yùn)行效率。
文檔編號G08C17/02GK102231233SQ20111017860
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉冉, 樓佩煌, 武星, 王輝, 錢曉明, 隋大鵬 申請人:南京航空航天大學(xué)