Explicação detalhada do posicionamento automático do veículo guiado e projeto de orientação com base na tecnologia RFID

0 Prefácio

Para AGVs de manuseio de objetos (veículos guiados automaticamente), orientação e posicionamento são as principais partes da pesquisa. Os métodos de orientação comumente usados incluem orientação magnética [1], orientação visual [2], orientação a laser [3], etc. Os métodos de posicionamento incluem posicionamento de código QR [4], posicionamento de identificação por radiofrequência RFID [5], posicionamento ultrassônico, etc. Entre eles, as tiras magnéticas de orientação magnética são fáceis de colocar, fáceis de mudar de caminho, a identificação por radiofrequência não é fácil de contaminar e não interfere com som e luz. Portanto, AGVs de orientação magnética que integram tecnologia RFID são amplamente usados em produção e transporte automatizados.

Muitos acadêmicos conduziram pesquisas sobre tecnologia RFID em orientação magnética. Gu Jiawei et al. [6] implementaram a navegação AGV escrevendo números de etiqueta e parâmetros de controle de movimento em etiquetas eletrônicas. Li Ji [7] usou posicionamento assistido por RFID e usou tiras magnéticas horizontais para completar curvas, estacionamentos e outras ações do veículo. Luo Yujia [8] fixou o modo de ação de curva do AGV e usou informações de etiqueta para obter curvas de 90° e 180°.

A maior parte da literatura mencionada acima escreve instruções de ação em etiquetas eletrônicas. Devido às informações de instrução única salvas, a taxa de utilização da etiqueta é baixa. Quando o caminho real é complexo, mais etiquetas precisam ser organizadas, o que não é propício ao planejamento e orientação do caminho. Com base em pesquisas anteriores, este artigo visa resolver o problema de orientação do AGV em caminhos complexos e propõe um algoritmo de comando de ação do veículo. Os comandos de ação são gerados de acordo com a tarefa de agendamento e salvos no sistema de controle do veículo. As etiquetas são usadas apenas como identificação de localização para melhorar a flexibilidade de direção do veículo.

1. Modelagem do mapa de direção

1.1 Composição do mapa

O mapa consiste em faixas magnéticas de orientação e estações de trabalho, conforme mostrado na Figura 1. Os dois são representados por linhas e retângulos, respectivamente. g representa a estação de trabalho, a quantidade é h e é numerada de acordo com a fórmula (1) (o número no lado direito do pequeno retângulo na figura), então o conjunto de estações de trabalho pode ser expresso como G = {g1, g2, g3,..., gh}. l representa uma linha e o número é n. É estipulado que os números das linhas horizontais e verticais devem ser representados por números pares e ímpares, respectivamente, e numerados de acordo com a fórmula (2) (os números nos círculos na figura). O conjunto de linhas é L={l1, l2,..., ln}.

Com base no cenário de aplicação deste artigo, é estipulado que o AGV irá dirigir para trás, exceto quando o garfo se mover para frente ao entrar na estação de trabalho, e irá desacelerar em cruzamentos de linha e ao entrar na estação de trabalho.

1.2 Layout de etiqueta eletrônica

1.2.1 Posicionamento de etiquetas relacionadas a estações de trabalho

Na Figura 2, pi1, pi2,..., pi7 representam a posição da etiqueta eletrônica. A Figura 2(a) mostra o AGV indo direto e entrando na estação de trabalho gi pela esquerda. É estipulado para desacelerar em pi3, pi5, pi4 e pi7 respectivamente, mudar de direção reversa para frente, para frente, virar à direita e parar. A Figura 2(b) mostra o AGV recuando e virando à esquerda para sair da estação de trabalho. Ele recua em linha reta, recua e vira à esquerda e acelera em pi7, pi6 e pi1 respectivamente. A entrada e saída do AGV do lado direito da estação de trabalho é semelhante à sua entrada e saída do lado esquerdo. Defina pik como o k-ésimo rótulo (k∈{1, 2,...,7}) relacionado à estação de trabalho gi, que é organizado conforme mostrado na Figura 2. Sua composição é representada pela matriz S1 como:

1.2.2 Layout do rótulo da linha

Coloque duas etiquetas eletrônicas em ambas as extremidades de cada linha. Sja representa o a-ésimo rótulo na linha lj, a={1, 2, 3, 4}. É estipulado que Sj1, Sj2, Sj3 e Sj4 são dispostos sequencialmente em lj ao longo da direção positiva do eixo de coordenadas, e o segmento de linha entre Sj1 e Sj4 é o alcance da linha lj. O veículo executa instruções de curva em Sj1 e Sj4 para entrar em outras linhas, e executa instruções de aceleração ou desaceleração em Sj2 e Sj3 para acelerar ao entrar em lj e desacelerar ao sair de lj. Os rótulos em todas as linhas são representados pela matriz S2 mostrada na Equação (4). O layout de todos os rótulos no mapa final é mostrado na Figura 3.

2. Algoritmo de instrução de ação

Primeiro codifique as tags, depois determine a ordem de passagem de cada tag de acordo com o caminho de agendamento e, finalmente, gere instruções de ação com base na classificação de tags.

2.1 Codificação de rótulo eletrônico

A codificaçãoO formato da etiqueta eletrônica é mostrado na Figura 4, onde x e y representam as coordenadas da etiqueta no mapa, 'pro' representa o atributo, ou seja, o tipo de instruções de ação que o veículo pode executar na etiqueta, 'line' representa a linha e 'sit' indica o número da estação de trabalho relevante. De acordo com o modo de condução do AGV na linha, o bit 'pro' de Sj1 e Sj4 é '01', que significa curva, e o bit 'pro' de Sj2 e Sj3 é '02', que significa aceleração e desaceleração. O bit 'line' de Sja é o número da linha j, e o bit 'sit' é representado por zero. O bit 'pro' bit do rótulo pik é representado na Tabela 1 de acordo com a forma como o AGV entra e sai da estação. O bit 'line' é o número da linha onde pi1 está localizado, e o bit 'sit' é o número da estação i relacionado a ele.

2.2 Estabelecimento e seleção de caminho

Entre eles, w representa o caminho, e o número é m (m≥m0). Então a matriz composta de todos os caminhos pode ser expressa como W = [w1, w2,..., wm]T. ltx representa a linha x-ésima do caminho wt, onde wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, assumindo que a linha incluída no t-ésimo caminho O maior número é n1, então W é uma matriz de ordem m×n1. Se o número de linhas for menor que n1, a parte insuficiente é representada por 0, e a matriz do caminho é representada pela equação (6):

2.3 Método de classificação de rótulos de caminho de agendamento

Para os rótulos em quaisquer duas linhas conectadas, a primeira e a segunda linhas são representadas por lu e lv, respectivamente. Os rótulos em lu são Su1, Su2, Su3 e Su4, e os rótulos em lv são Sv1, Sv2, Sv3 e Sv4. r0 representa a sequência de rótulos de lu a lv. Suponha que as coordenadas de Su1 sejam (x1, y1) e as coordenadas de Sv1 sejam (x2, y2). Comparando as duas coordenadas, a relação de posição relativa entre lu e lv pode ser inferida:

O primeiro caso: x1》x2, y1》y2, conforme mostrado na Figura 5(a) e Figura 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

O segundo caso: x1》x2, y1》y2, se lu for um número ímpar, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, correspondendo à Figura 5(c); caso contrário, r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, correspondendo à Figura 5(d). Da mesma forma, o arranjo dos elementos r0 em outros casos pode ser inferido.

Para o caminho wβ, primeiro selecione os rótulos em cada linha de acordo com a Equação (4) e, em seguida, organize-os na ordem em que os veículos passam por cada rótulo no caminho. As etapas são as seguintes:

(1) Considere lβ1 e lβ2 como a primeira e a segunda linhas, respectivamente, e determine sua relação posicional com base na relação de coordenadas. Classifique de acordo com as duas regras de classificação de rótulos de linha e coloque os resultados classificados na matriz r1;

(2) Trate lβ2 e lβ3 como a primeira e a segunda linhas, respectivamente, para classificação, e adicione o resultado da classificação do rótulo lβ3 à matriz r1;

(3) Organize os rótulos para as linhas lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif de maneira semelhante à etapa (2).

Exclua as tags em r1 que não passaram por lj1 e lj2 de acordo com a maneira como o AGV entra e sai da estação de trabalho. Neste momento, o número de elementos em r1 é representado por b1.

2.4 Instruções de ação

O formato do comando de ação é mostrado na Figura 6. Os primeiros 5 dígitos são o código da tag eletrônica, e o bit 'ins' é o comando de ação executado pelo AGV na tag correspondente aos primeiros 5 dígitos. O código é codificado de acordo com sua função, conforme mostrado na Tabela 2. Quando o AGV viaja da estação inicial gs para a estação alvo ge, ele viaja na ordem de saída da estação, viajando no caminho e entrando na estação. O Leitor RFID continua a ler as informações da etiqueta de solo e as transmite ao sistema de controle do veículo. Execute as instruções sequencialmente de acordo com as condições para concluir a tarefa de agendamento. A condição é que as informações da etiqueta lidas atualmente sejam consistentes com o bit de codificação da etiqueta da instrução a ser executada.

2.4.1 Comando de ação de saída da estação

R1 representa o conjunto de instruções de ação da estação de trabalho. Se o AGV sair da estação pela esquerda, adicione '00', '01' e '05' respectivamente após a codificação da etiqueta com bits 'pro' de '09', '08' e '03' na linha S de S1, caso contrário, adicione '00', '02' e '05' respectivamente após codificar as tags cujos bits 'pro' são '09', '08' e '07' na linha S de S1 e use-os como o 1º, 2º2º e 3º em R1 em sequência. instruções de ação.

2.4.2 Instruções de ação de caminho

Determine as instruções de ação de acordo com o bit 'pro' para as tags b1 em r1, respectivamente. R2 representa o conjunto de instruções de ação de caminho, e a Figura 7 mostra seu processo de julgamento.

2.4.3 Comando de ação de entrada na estação de trabalho

R3 representa o conjunto de instruções de ação da estação de trabalho. O AGV entra na estação de trabalho pela esquerda e adiciona '06', '07' e '04' respectivamente após os códigos de rótulo de '05', '07', '06' e '09' na posição 'pro' da linha e de S1. , '08'; caso contrário, adicione '06', '07', '03', '08' respectivamente após a codificação de rótulo de '05', '03', '04' e '09' na linha. E sequencialmente como a 1ª, 2ª, 3ª e 4ª instruções em R3.

3. Resultados e análise do teste

Selecione as estações 12, 13, 17 e 18 para teste. A codificação do rótulo é mostrada na Figura 8. Os dois primeiros dígitos são a coordenada x, o 3º ao 4º dígitos são a coordenada y, o 5º ao 6º dígitos representam os atributos, o 7º ao 8º dígitos são os números de linha onde estão localizados e os dois últimos dígitos estão relacionados a eles. Número da estação.

O programa de comando de ação do veículo foi escrito em VC++6.0, e um modelo de carro baseado na arquitetura ARM e integrado ao módulo de identificação por radiofrequência RC522 foi selecionado como objeto de teste. A Figura 9 mostra o diagrama de operação real do veículo após a colocação das linhas de guia e a colocação de etiquetas. O teste mostra que o veículo pode concluir a tarefa de despacho conforme o esperado. A Figura 10 mostra o método de orientação de escrever instruções de ação na etiqueta. O AGV conclui ações como aceleração e desaceleração executando as instruções na etiqueta. Como as informações de comando interno das etiquetas de solo foram determinadas após a colocação, o veículo só pode concluir uma determinada ação fixa ao passar por cada etiqueta. O método de orientação é relativamente simples e tem pouca flexibilidade.

Selecione diferentes estações de partida e estações de destino para combinar, representando diferentes tarefas de agendamento. Em C++6.0, os resultados de cada operação são mostrados na Figura 11. Os primeiros 10 dígitos de cada instrução de ação são os códigos de etiqueta eletrônica e os dois últimos O bit indica a ação realizada pelo AGV na etiqueta.

As rotas de condução das Tarefas 1 e 2 são 20→22→24, 20→22→21→18, respectivamente. O AGV passou pelo rótulo 4610012200. Não há nenhuma instrução correspondente a este rótulo na Tarefa 1. O AGV não executa nenhuma instrução aqui. A linha 22 continua em linha reta e entra na linha 24; o comando correspondente a este rótulo na tarefa 2 é 461001220002, e os dois últimos dígitos '02' indicam que o AGV recua e vira à direita aqui, entrando na linha 21 a partir da linha 22. A comparação mostra: o AGV executa apenas a instrução na tag que atende às condições de execução da instrução de ação.

As rotas de condução das tarefas 3 e 4 são 24→21→16→14, 24→21→18, respectivamente. Todos os AGVs passaram pelo rótulo 4722012100. Na tarefa 3, o comando correspondente do AGV neste rótulo é 472201210002, e os dois últimos dígitos '02' representam O AGV faz ré e vira aqui, e entra na linha 16 da linha 21; o comando correspondente a este rótulo na tarefa 4 é 472201210001, e os dois últimos dígitos '01' indicam que o AGV recua e vira à esquerda aqui, e entra na linha 18 a partir da linha 21. A comparação mostra: o AGV pode executar instruções diferentes no mesmo rótulo ao concluir tarefas diferentes, aumentando a flexibilidade de direção.

4 Resumo

Este artigo usa etiquetas eletrônicas como identificação de localização, e as instruções de ação são geradas por algoritmos de acordo com tarefas específicas e armazenadas no sistema de controle do veículo, para que o veículo possa executar instruções de ação diferentes ao passar pela mesma etiqueta eletrônica durante tarefas diferentes, compensando o tradicional No método de navegação, a rota de direção é fixa e as instruções executadas no rótulo são únicas. Este método resolve o problema de orientação do veículo em caminhos complexos, melhora a flexibilidade de direção e a utilização do rótulo e tem certo valor de aplicação.