AGV路径规划设计
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1913年,美国福特汽车公司首次将有轨导引的AGV用于汽车制造生产中的底盘装配生产线上。这是AGV第一次出现在制造业的舞台上。随着科学技术的进一步发展,到1953年,世界上真正意义上的第一台AGV是由美国Barrett电子公司开发成功的,它是一种牵引式小车系统,可十分方便地与其他物流系统自动连接,显著地提高劳动生产率,极大地提高了装卸搬运的自动化程度。1954年英国最早研制了电磁感应导向的AGV,基本的导引技术是靠感应埋在地下的导线产生的电磁频率。通过一个叫做“地面控制器”的设备打开或关闭导线中的频率,从而指引AGV沿着预定的路径行驶。由于它的显著特点,迅速得到了应用和推广。
1.2.1 AGV的发展历史
根据美国物流协会的定义,AGV是指装备有电磁或光学自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶的运输小车,同时还具有小车编程与停车选择装置、安全保护装置以及各种移载功能[3]。AGV是现代物流系统的关键设备之一,与其他物料配送运输设备相比,AGV具有其独特的先进性和优越性,由计算机控制进行自主导航,可以自动规划路径和完成任务等无人化、自动化先进技术;也可完成不适合工作人员进入的某些工作场合去完成工作;对那些劳动强度大或者要求工作精度高的工作环境,AGVs可以较为完美的完成这些任务。
安徽工业大学
毕业设统自动化研究
学 院
管理科学与工程学院
专业班级
工业工程111班
姓 名
金辉
学 号
119094008
毕业设计(论文)的主要内容及要求:
1、调研资料收集:AGV的历史与技术以及国内外应用与发展趋势,AGVs路径规划问题国内外研究现状和优化方法等,其它需要收集的相关资料和数据。
2、查阅文献资料,明确研究方向,运用运筹学的相关理论和方法对AGV系统路径优化问题进行分析和研究,构建图论系统模型和路径规划优化方法。
3、根据路径规划研究方法,进行编程实现路径规划算法,对比路径规划后的实施效果并进行相应的实证研究。
4、基于CAD绘图软件,绘制不少于相当于1张A2工作量的CAD图。
5、开题报告:包括工作任务分析、调研报告、文献综述或现场实习、方案拟定与分析以及实施计划等,开题报告须单独装订。
随着现代AGV性能不断地提高,其应用范围不断扩展,不仅将在工业、农业、国防、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且将在排险、搜捕、救援、强辐射等危险环境下得到很好的应用,几乎适合于仓储、制造、邮政、图书馆、港口、机场、烟草、医药、食品、化工等各种场合。因此,AGV技术已经得到世界各国的普遍认可。
1.2 AGV的历史与技术
关键词:AGV;路径规划;Dijkstra算法;时间窗方法;缓冲时间窗
Researchon logistics transportation system automationbased on AGVs
Abstract
With the improvement ofthe degree ofproduction logistics automationand the development offlexible manufacturing systems and three-dimensional warehouse automation,AGVs (Automated Guided Vehicle system) have been widelyput into useas one of the key subsystemsof logistics system and flexible manufacturing systems.Path planning problem is one of the basic problems among the application of AGVs and is of great theoretical and practical importance to the research of path planning problem.
根据相关文献显示:在整个生产制造过程中,仅仅有20%的成本时间是用于加工和制造,剩余的大部分的80%都用于储存、装卸、等待加工和输送[2]。我国的大多数制造企业属于劳动密集型,也就是主要依靠劳动力来生产制造,然而现在中国劳动力成本在持续增长,中国廉价劳动力的优势已不复存在。因此现在多数企业对于自动化的要求也是越来越高。在这种情况下,AGVs(Automated Guided Vehicle system)作为货物搬运输送系统,能够满足柔性制造系统和立体仓库的要求,是整个物流自动化和生产自动化最关键的部件之一。
20世纪80年代初,欧洲的技术就开始向美国转移,此时美国的AGV生产厂商从1983年的23家剧增至1985年的74家。美国各公司在欧洲技术的基础上,将AGV发展到更加先进的水平。这一时期,无线导引技术也开始引入到AGV系统中,而且系统也可以在线自动充电,24小时不间断运行,充分表现出AGV系统较好的灵活性、准确性和可靠性。1984年,美国通用汽车公司完成了它的第一个柔性装配系统(FAS),从此该公司就成为当时AGV的最大用户。1986年已达1407台,1987年又新增加1662台。到目前为止,全世界已拥有AGV系统15000多组,约100000辆AGV。AGV的发展主要依赖于经济的发展和科技的进步。AGV是替代高吊的人力劳动的高科技产物。
Keywords:AGV;path planning;Dijkstra algorithm;Time window method;Buffer time window
1.绪论
1.1 引言
随着工厂生产和物流自动化的显著提高,传统制造业的生产和物料运输方式发生了天翻地覆的变化,从20世纪末,现代制造业就已经迈入自动化、智能化和个性化的崭新时代。柔性制造系统(FMS,Flexible Manufacture System)和立体化智能仓库(SW:Stereoscopic Warehouse)等先进的科学技术在生产制造产业中得到越来越多的广泛应用[1]。我们都知道,生产物流系统技术是先进制造技术中的重要组成部分,随着计算机科学和自动化技术的广泛应用,它已从原来简单的物料搬运发展到现代物流自动化系统,物流管理系统也从原来的简单方式迅速向自动化管理演变,使得物流系统自动化水平得到显著提高。
6、论文说明书的篇幅一般为2.5万字左右。论文撰写按学校《本科生毕业设计撰写规范细则》。中文摘要在300字以内及相应的外文摘要。
7、参考文献不少于20篇,其中外文资料不少于2篇。
指导教师签字:
摘要
随着生产物流自动化程度的提高,柔性制造系统和自动化立体化仓库等的发展,AGVs(Automated Guided Vehicle system)作为物流系统和柔性制造系统中的关键子系统,得到越来越多的应用。路径规划问题是AGV系统应用中的基本问题之一,对路径规划问题的研究有重要的理论和实践意义。
本文首先介绍AGV的结构组成及其系统组成,了解AGVs的工作模式,对AGVs的工作流程进行分析;其次对单台AGV路径规划优化技术进行研究,在建立电子地图的基础之上,对Dijkstra算法进行改进和优化,从而实现单AGV路径规划;然后针对多台AGVs的无碰撞路径规划问题,采用与时间窗原理相结合的路径规划算法,并提出缓冲时间窗的概念,减少各种因素对算法的影响,使算法在运行过程中具有很好的稳定性和持续性,从而实现多台AGV的无碰撞路径规划;最后编写了C语言代码,实现了实验室单AGV路径规划Dijkstra算法运行程序。
从20世纪50年代末到60年代初期,计算机技术开始应用到自动化生产线上,出现了最初的计算机控制系统。这一时期就有多种类型的AGV用于工厂和仓库,1960年欧洲就安装了各种形式、不同水平的AGVs220套,使用AGV1300多台。20世纪70年代,由于欧洲的公司对托盘的尺寸和结构进行的标准化,促进了AGV的进一步发展。70年代中期,由于微处理器技术和计算机技术的相结合发展,伺服驱动技术的成功促进了复杂控制系统的改进,并设计出更为灵活的AGV。1973年,瑞典的VOLVO汽车公司和Schindler-Dighton公司就联合研发了多种AGV,并在KALMAR轿车厂的装配线上大量采用了AGV进行计算机控制装配作业,扩大了AGV的使用范围。70年代末,欧洲约装备了520个AGV系统,共有4800台小车。其应用领域分布为:汽车工业(57%),柔性制造系统FMS(8%)和柔性装配系统FAS(44%)。当时,欧洲的AGV的发展很快,已经成为AGV技术研发与运用的中心,为各大企业带来了巨大的经济效益。
This paper first introduces the structure and system composition of AGV, comprehendsthe operatingmode and analyzes the working process of the AGVs. Secondly,based on the construction of electronic map,thepaper studies the path planning optimization technology of single AGV and improvesthe Dijkstra algorithm, so as to realize single AGV path planning.Thenaimed at thecollision lesspath planning problem of more than one AGV,thepaper adopts path planning algorithm combined with time window theory,putsforwardthe concept of buffer time windowandreducesthe influence of various factorsuponthe algorithmin order to keep the stability and continuity of the algorithm during the operation process, as thusrealize the collision lesspath planningof more than oneAGV.Finally,the Cprogramminglanguage codewas written and the Dijkstra algorithm operational procedure ofsingle AGV path planning in labwas realized.
AGV技术被引入亚洲是日本于1963年,其第一家AGV工厂于1966年由一家运输设备供应厂商与美国的Webb公司合资建成。1976年后,日本对AGV的发展给予了高度重视,每年增加数十套AGV系统,有神钢电机、平田电机、住友重机等27个主要生产厂商生产几十种不同类型的AGV。1981年,日本的AGV总产值为60亿日元,1985年已上升到200亿日元,平均每年以20%的速度递增,1986年,日本累计安装了2312个AGVs,拥有5032台AGV,到1990年日本拥有AGV约一万台。到1988年,日本AGV制造厂已达47家,如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等,广泛应用于汽车制造、机械、电子、钢铁、化工、医药、印刷、仓储、运输业和商业上。
AGV(Automated Guided Vehicle)一般被称为自动导引小车[3],是为了更好地解决物流活动中的智能化、自动化和合理化等问题,从而实现物流系统的时间和空间效益。AGV作为一种智能化移动机器人,拥有着包含环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。AGV集中了传感器技术、机械工程、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果,代表机电一体化的最高成就,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。而且AGVs以其快速、准确的运输、便于计算机管理与调度、能够自主导航、自动规划路径和执行任务和更有利于劳动安全保障的实施等优点已被广泛应用于制造业、农业和服务业等各个领域。因此AGVs是整个物流自动化和生产自动化最关键的部件之一[3]。
1.2.1 AGV的发展历史
根据美国物流协会的定义,AGV是指装备有电磁或光学自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶的运输小车,同时还具有小车编程与停车选择装置、安全保护装置以及各种移载功能[3]。AGV是现代物流系统的关键设备之一,与其他物料配送运输设备相比,AGV具有其独特的先进性和优越性,由计算机控制进行自主导航,可以自动规划路径和完成任务等无人化、自动化先进技术;也可完成不适合工作人员进入的某些工作场合去完成工作;对那些劳动强度大或者要求工作精度高的工作环境,AGVs可以较为完美的完成这些任务。
安徽工业大学
毕业设统自动化研究
学 院
管理科学与工程学院
专业班级
工业工程111班
姓 名
金辉
学 号
119094008
毕业设计(论文)的主要内容及要求:
1、调研资料收集:AGV的历史与技术以及国内外应用与发展趋势,AGVs路径规划问题国内外研究现状和优化方法等,其它需要收集的相关资料和数据。
2、查阅文献资料,明确研究方向,运用运筹学的相关理论和方法对AGV系统路径优化问题进行分析和研究,构建图论系统模型和路径规划优化方法。
3、根据路径规划研究方法,进行编程实现路径规划算法,对比路径规划后的实施效果并进行相应的实证研究。
4、基于CAD绘图软件,绘制不少于相当于1张A2工作量的CAD图。
5、开题报告:包括工作任务分析、调研报告、文献综述或现场实习、方案拟定与分析以及实施计划等,开题报告须单独装订。
随着现代AGV性能不断地提高,其应用范围不断扩展,不仅将在工业、农业、国防、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且将在排险、搜捕、救援、强辐射等危险环境下得到很好的应用,几乎适合于仓储、制造、邮政、图书馆、港口、机场、烟草、医药、食品、化工等各种场合。因此,AGV技术已经得到世界各国的普遍认可。
1.2 AGV的历史与技术
关键词:AGV;路径规划;Dijkstra算法;时间窗方法;缓冲时间窗
Researchon logistics transportation system automationbased on AGVs
Abstract
With the improvement ofthe degree ofproduction logistics automationand the development offlexible manufacturing systems and three-dimensional warehouse automation,AGVs (Automated Guided Vehicle system) have been widelyput into useas one of the key subsystemsof logistics system and flexible manufacturing systems.Path planning problem is one of the basic problems among the application of AGVs and is of great theoretical and practical importance to the research of path planning problem.
根据相关文献显示:在整个生产制造过程中,仅仅有20%的成本时间是用于加工和制造,剩余的大部分的80%都用于储存、装卸、等待加工和输送[2]。我国的大多数制造企业属于劳动密集型,也就是主要依靠劳动力来生产制造,然而现在中国劳动力成本在持续增长,中国廉价劳动力的优势已不复存在。因此现在多数企业对于自动化的要求也是越来越高。在这种情况下,AGVs(Automated Guided Vehicle system)作为货物搬运输送系统,能够满足柔性制造系统和立体仓库的要求,是整个物流自动化和生产自动化最关键的部件之一。
20世纪80年代初,欧洲的技术就开始向美国转移,此时美国的AGV生产厂商从1983年的23家剧增至1985年的74家。美国各公司在欧洲技术的基础上,将AGV发展到更加先进的水平。这一时期,无线导引技术也开始引入到AGV系统中,而且系统也可以在线自动充电,24小时不间断运行,充分表现出AGV系统较好的灵活性、准确性和可靠性。1984年,美国通用汽车公司完成了它的第一个柔性装配系统(FAS),从此该公司就成为当时AGV的最大用户。1986年已达1407台,1987年又新增加1662台。到目前为止,全世界已拥有AGV系统15000多组,约100000辆AGV。AGV的发展主要依赖于经济的发展和科技的进步。AGV是替代高吊的人力劳动的高科技产物。
Keywords:AGV;path planning;Dijkstra algorithm;Time window method;Buffer time window
1.绪论
1.1 引言
随着工厂生产和物流自动化的显著提高,传统制造业的生产和物料运输方式发生了天翻地覆的变化,从20世纪末,现代制造业就已经迈入自动化、智能化和个性化的崭新时代。柔性制造系统(FMS,Flexible Manufacture System)和立体化智能仓库(SW:Stereoscopic Warehouse)等先进的科学技术在生产制造产业中得到越来越多的广泛应用[1]。我们都知道,生产物流系统技术是先进制造技术中的重要组成部分,随着计算机科学和自动化技术的广泛应用,它已从原来简单的物料搬运发展到现代物流自动化系统,物流管理系统也从原来的简单方式迅速向自动化管理演变,使得物流系统自动化水平得到显著提高。
6、论文说明书的篇幅一般为2.5万字左右。论文撰写按学校《本科生毕业设计撰写规范细则》。中文摘要在300字以内及相应的外文摘要。
7、参考文献不少于20篇,其中外文资料不少于2篇。
指导教师签字:
摘要
随着生产物流自动化程度的提高,柔性制造系统和自动化立体化仓库等的发展,AGVs(Automated Guided Vehicle system)作为物流系统和柔性制造系统中的关键子系统,得到越来越多的应用。路径规划问题是AGV系统应用中的基本问题之一,对路径规划问题的研究有重要的理论和实践意义。
本文首先介绍AGV的结构组成及其系统组成,了解AGVs的工作模式,对AGVs的工作流程进行分析;其次对单台AGV路径规划优化技术进行研究,在建立电子地图的基础之上,对Dijkstra算法进行改进和优化,从而实现单AGV路径规划;然后针对多台AGVs的无碰撞路径规划问题,采用与时间窗原理相结合的路径规划算法,并提出缓冲时间窗的概念,减少各种因素对算法的影响,使算法在运行过程中具有很好的稳定性和持续性,从而实现多台AGV的无碰撞路径规划;最后编写了C语言代码,实现了实验室单AGV路径规划Dijkstra算法运行程序。
从20世纪50年代末到60年代初期,计算机技术开始应用到自动化生产线上,出现了最初的计算机控制系统。这一时期就有多种类型的AGV用于工厂和仓库,1960年欧洲就安装了各种形式、不同水平的AGVs220套,使用AGV1300多台。20世纪70年代,由于欧洲的公司对托盘的尺寸和结构进行的标准化,促进了AGV的进一步发展。70年代中期,由于微处理器技术和计算机技术的相结合发展,伺服驱动技术的成功促进了复杂控制系统的改进,并设计出更为灵活的AGV。1973年,瑞典的VOLVO汽车公司和Schindler-Dighton公司就联合研发了多种AGV,并在KALMAR轿车厂的装配线上大量采用了AGV进行计算机控制装配作业,扩大了AGV的使用范围。70年代末,欧洲约装备了520个AGV系统,共有4800台小车。其应用领域分布为:汽车工业(57%),柔性制造系统FMS(8%)和柔性装配系统FAS(44%)。当时,欧洲的AGV的发展很快,已经成为AGV技术研发与运用的中心,为各大企业带来了巨大的经济效益。
This paper first introduces the structure and system composition of AGV, comprehendsthe operatingmode and analyzes the working process of the AGVs. Secondly,based on the construction of electronic map,thepaper studies the path planning optimization technology of single AGV and improvesthe Dijkstra algorithm, so as to realize single AGV path planning.Thenaimed at thecollision lesspath planning problem of more than one AGV,thepaper adopts path planning algorithm combined with time window theory,putsforwardthe concept of buffer time windowandreducesthe influence of various factorsuponthe algorithmin order to keep the stability and continuity of the algorithm during the operation process, as thusrealize the collision lesspath planningof more than oneAGV.Finally,the Cprogramminglanguage codewas written and the Dijkstra algorithm operational procedure ofsingle AGV path planning in labwas realized.
AGV技术被引入亚洲是日本于1963年,其第一家AGV工厂于1966年由一家运输设备供应厂商与美国的Webb公司合资建成。1976年后,日本对AGV的发展给予了高度重视,每年增加数十套AGV系统,有神钢电机、平田电机、住友重机等27个主要生产厂商生产几十种不同类型的AGV。1981年,日本的AGV总产值为60亿日元,1985年已上升到200亿日元,平均每年以20%的速度递增,1986年,日本累计安装了2312个AGVs,拥有5032台AGV,到1990年日本拥有AGV约一万台。到1988年,日本AGV制造厂已达47家,如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等,广泛应用于汽车制造、机械、电子、钢铁、化工、医药、印刷、仓储、运输业和商业上。
AGV(Automated Guided Vehicle)一般被称为自动导引小车[3],是为了更好地解决物流活动中的智能化、自动化和合理化等问题,从而实现物流系统的时间和空间效益。AGV作为一种智能化移动机器人,拥有着包含环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。AGV集中了传感器技术、机械工程、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果,代表机电一体化的最高成就,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。而且AGVs以其快速、准确的运输、便于计算机管理与调度、能够自主导航、自动规划路径和执行任务和更有利于劳动安全保障的实施等优点已被广泛应用于制造业、农业和服务业等各个领域。因此AGVs是整个物流自动化和生产自动化最关键的部件之一[3]。