Подробное объяснение концепции автоматического позиционирования и управления транспортными средствами на основе технологии RFID

0 Предисловие

Для AGV (автоматически управляемого транспортного средства) управление и позиционирование являются ключевыми частями исследования. Обычно используемые методы управления включают магнитное управление [1], визуальное управление [2], лазерное управление [3] и т. д. Методы позиционирования включают позиционирование с помощью QR-кода [4], позиционирование с помощью радиочастотной идентификации RFID [5], ультразвуковое позиционирование и т. д. Среди них магнитные полосы управления легко прокладывать, легко менять пути, радиочастотная идентификация нелегко загрязняется и не имеет помех для звука и света. Поэтому магнитные направляющие AGV, интегрирующие технологию RFID, широко используются в автоматизированном производстве и транспортировке.

Многие ученые проводили исследования технологии RFID в магнитном управлении. Гу Цзявэй и др. [6] реализовали навигацию AGV, записав номера тегов и параметры управления движением в электронные теги. Ли Цзи [7] использовал позиционирование с помощью RFID и использовал горизонтальные магнитные полосы для завершения поворота транспортного средства, парковки и других действий. Ло Юцзя [8] зафиксировал режим действия поворота AGV и использовал информацию тегов для достижения поворотов на 90° и 180°.

Большая часть вышеупомянутой литературы записывает инструкции действий в электронных тегах. Из-за сохранения информации об одной инструкции коэффициент использования тегов низок. Когда фактический путь сложный, необходимо организовать больше тегов, что не способствует планированию пути и руководству. Основываясь на предыдущих исследованиях, эта статья направлена ​​на решение проблемы руководства AGV на сложных путях и предлагает алгоритм команд действий транспортного средства. Команды действий генерируются в соответствии с задачей планирования и сохраняются в системе управления транспортным средством. Теги используются только для идентификации местоположения для повышения гибкости вождения транспортного средства.

1. Моделирование карты вождения

1.1 Состав карты

Карта состоит из навигационных магнитных полос и рабочих станций, как показано на рисунке 1. Они представлены линиями и прямоугольниками соответственно. g представляет рабочую станцию, количество равно h, и оно нумеруется в соответствии с формулой (1) (число справа от маленького прямоугольника на рисунке), тогда набор рабочих станций можно выразить как G = {g1, g2, g3,..., gh}. l представляет линию, а число равно n. Условно, что номера горизонтальных и вертикальных линий должны быть представлены четными и нечетными числами соответственно и пронумерованы в соответствии с формулой (2) (числа в кружках на рисунке). Набор линий L={l1, l2,..., ln}.

На основе сценария применения этой статьи предусмотрено, что AGV будет двигаться назад, за исключением случаев, когда вилка движется вперед при въезде на рабочую станцию, и будет замедляться на пересечениях линий и при въезде на рабочую станцию.

1.2 Макет электронной метки

1.2.1 Размещение меток, относящихся к рабочим станциям

На рисунке 2 pi1, pi2,..., pi7 представляют положение электронной метки. На рисунке 2(a) показано, как AGV движется прямо и въезжает на рабочую станцию ​​gi слева. Предусмотрено замедление в точках pi3, pi5, pi4 и pi7 соответственно, изменение с заднего хода на движение вперед, движение вперед, поворот направо и остановка. На рисунке 2(b) показано, как AGV отступает и поворачивает налево, чтобы покинуть рабочую станцию. Он отступает прямо, отступает и поворачивает налево, и ускоряется на pi7, pi6 и pi1 соответственно. Въезд и выезд AGV с правой стороны рабочей станции аналогичен его въезду и выезду с левой стороны. Определим pik как k-ю метку (k∈{1, 2,...,7}), связанную с рабочей станцией gi, которая организована так, как показано на рисунке 2. Ее состав представлен матрицей S1 следующим образом:

1.2.2 Расположение меток линий

Разместите две электронные метки на обоих концах каждой линии. Sja представляет a-ю метку на линии lj, a={1, 2, 3, 4}. Предполагается, что Sj1, Sj2, Sj3 и Sj4 расположены последовательно на lj вдоль положительного направления оси координат, а отрезок линии между Sj1 и Sj4 является диапазоном линии lj. Транспортное средство выполняет инструкции поворота на Sj1 и Sj4 для входа в другие линии и выполняет инструкции ускорения или замедления на Sj2 и Sj3 для ускорения при входе в lj и замедления при выходе из lj. Метки на всех линиях представлены матрицей S2, показанной в уравнении (4). Расположение всех меток на окончательной карте показано на рисунке 3.

2. Алгоритм инструкций по действию

Сначала кодируйте теги, затем определите порядок прохождения каждого тега в соответствии с маршрутом планирования и, наконец, сгенерируйте инструкции по действию на основе сортировки тегов.

2.1 Кодирование электронных меток

Формат кодирования электронной метки показан на рисунке 4, где x и y представляют собой координаты метки на карте, 'pro' представляет собой атрибут, то есть тип инструкций по действию, которые транспортное средство может выполнить в момент времени.метка, 'line' представляет линию, а 'sit' указывает на соответствующий номер рабочей станции. В соответствии с режимом движения AGV на линии бит 'pro' Sj1 и Sj4 равен '01', что означает поворот, а бит 'pro' Sj2 и Sj3 равен '02', что означает ускорение и замедление. Бит ‘line’ Sja является номером линии j, а бит ‘sit’ представлен нулем. Бит 'pro метки pik представлен в Таблице 1 в соответствии с тем, как AGV въезжает на станцию ​​и выезжает с нее. Бит 'line' является номером линии, где находится pi1, а бит 'sit' bit - это номер станции i, связанный с ним.

2.2 Установление и выбор пути

Среди них w представляет путь, а число - m (m≥m0). Тогда матрица, составленная из всех путей, может быть выражена как W = [w1, w2,..., wm]T. ltx представляет x-ю линию пути wt, где wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, предполагая, что линия включена в t-й путь Наибольшее число - n1, тогда W - матрица порядка m×n1. Если количество линий меньше n1, недостаточная часть представлена ​​0, а матрица пути представлена ​​уравнением (6):

2.3 Метод сортировки меток пути планирования

Для меток на любых двух соединенных линиях первая и вторая линии представлены как lu и lv соответственно. Метки на lu - это Su1, Su2, Su3 и Su4, а метки на lv - это Sv1, Sv2, Sv3 и Sv4. r0 представляет последовательность меток от lu до lv. Предположим, что координаты Su1 - это (x1, y1), а координаты Sv1 - это (x2, y2). Сравнивая две координаты, можно вывести соотношение относительного положения между lu и lv:

Первый случай: x1》x2, y1》y2, как показано на рисунке 5(a) и рисунке 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Второй случай: x1》x2, y1》y2, если lu — нечетное число, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, что соответствует рисунку 5(c); в противном случае r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, что соответствует рисунку 5(d). Таким же образом можно вывести расположение элементов r0 в других случаях.

Для пути wβ сначала выберите метки на каждой линии в соответствии с уравнением (4), а затем расположите их в том порядке, в котором транспортные средства проезжают через каждую метку на пути. Шаги следующие:

(1) Рассмотрим lβ1 и lβ2 как первую и вторую линии соответственно и определим их позиционное соотношение на основе координатного соотношения. Отсортируйте в соответствии с правилами сортировки меток двух строк и поместите отсортированные результаты в массив r1;

(2) Обработайте lβ2 и lβ3 как первую и вторую строки соответственно для сортировки и добавьте результат сортировки метки lβ3 в массив r1;

(3) Расположите метки для строк lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif способом, аналогичным шагу (2).

Удалите теги в r1, которые не прошли через lj1 и lj2, в соответствии с тем, как AGV входит и выходит из рабочей станции. В это время число элементов в r1 представлено как b1.

2.4 Инструкции по действию

Формат команды действия показан на рисунке 6. Первые 5 цифр представляют собой код электронной метки, а бит 'ins' представляет собой команду действия, выполняемую AGV на метке, соответствующей первым 5 цифрам. Код кодируется в соответствии с его функцией, как показано в таблице 2. Когда AGV движется от начальной станции gs до целевой станции ge, он движется в порядке выхода со станции, движения по пути и входа на станцию. Считыватель RFID продолжает считывать информацию наземной метки и передает ее в систему управления транспортным средством. Последовательно выполняйте инструкции в соответствии с условиями для завершения задачи планирования. Условием является то, что текущая считываемая информация тега согласуется с битом кодировки тега инструкции, которая должна быть выполнена.

2.4.1 Команда действия выхода со станции

R1 представляет собой набор инструкций действия рабочей станции. Если AGV покидает станцию ​​слева, добавьте '00', '01' и '05' соответственно после кодировки метки с битами 'pro' '09', '08' и '03' в строке S S1, в противном случае добавьте '00', '02' и '05' соответственно после кодировки тегов, 'pro' биты '09', '08' и '07' в строке S S1, и используйте их как 1-й, 2-й и 3-й в R1 последовательно. инструкции действия.

2.4.2 Инструкции действия пути

Определите инструкции действия в соответствии с битом 'pro' для тегов b1 в r1 соответственно. R2 представляет набор инструкций действия пути, и на рисунке 7 показан процесс его оценки.

2.4.3 Команда действия входа на рабочую станцию

R3 представляет набор инструкций действия рабочей станции. AGV въезжает на рабочую станцию ​​слева и добавляет '06', '07' и '04' соответственно после кодов меток '05', '07', '06' и '09' в позиции 'pro строки e S1. , '08'; в противном случае добавьте '06', '07', '03', '08' соответственно после кодировки метки '05', '03', '04' и '09' в строке. И последовательно как 1-я, 2-я, 3-я и 4-я инструкции в R3.

3. Результаты теста и анализ

Выберите станции 12, 13, 17 и 18 для тестирования. Кодировка метки показана на рисунке 8. Первые две цифры - это координата x, цифры с 3-й по 4-ю - это координата y, цифры с 5-й по 6-ю представляют атрибуты, цифры с 7-й по 8-ю - это номера строк, в которых они расположены, а последние две цифры связаны с ней. Номер станции.

Программа команд действий транспортного средства была написана на VC++6.0, а в качестве тестового объекта была выбрана модель автомобиля на основе архитектуры ARM, интегрированная с модулем радиочастотной идентификации RC522. На рисунке 9 показана фактическая схема работы транспортного средства после прокладки направляющих линий и размещения меток. Тест показывает, что транспортное средство может выполнить задачу диспетчеризации, как и ожидалось. На рисунке 10 показан метод руководства записью инструкций действий в тег. AGV выполняет такие действия, как ускорение и замедление, выполняя инструкции в теге. Поскольку внутренняя командная информация наземных меток была определена после размещения, транспортное средство может выполнить только определенное фиксированное действие при прохождении каждого тега. Метод руководства относительно прост и имеет низкую гибкость.

Выберите разные начальные станции и целевые станции для объединения, представляющие разные задачи планирования. В C++6.0 результаты каждой операции показаны на рисунке 11. Первые 10 цифр каждой инструкции действия являются электронными кодами тегов, а последние две цифры указывают на действие, выполняемое AGV над тегом.

Маршруты движения задач 1 и 2 - 20→22→24, 20→22→21→18 соответственно. AGV прошел метку 4610012200. В задаче 1 нет инструкции, соответствующей этой метке. AGV здесь не выполняет никаких инструкций. Строка 22 продолжает движение прямо и входит в строку 24; команда, соответствующая этой метке в задаче 2, - 461001220002, а последние две цифры '02' указывают, что AGV дает задний ход и поворачивает направо здесь, входя в строку 21 из строки 22. Сравнение показывает: AGV выполняет только инструкцию в теге, который соответствует условиям выполнения инструкции действия.

Маршруты движения задач 3 и 4 — 24→21→16→14, 24→21→18 соответственно. Все AGV прошли через метку 4722012100. В задаче 3 соответствующая команда AGV на этой метке — 472201210002, а последние две цифры '02' представляют AGV дает задний ход и поворачивает направо здесь, и входит в строку 16 из строки 21; команда, соответствующая этой метке в задаче 4, — 472201210001, а последние две цифры «01» указывают, что AGV дает задний ход и поворачивает налево здесь, и входит в строку 18 из строки 21. Сравнение показывает: AGV может выполнять разные инструкции на одной и той же метке при выполнении разных задач, что повышает гибкость вождения.

4 Резюме

В этой статье электронные метки используются в качестве идентификации местоположения, а инструкции по действию генерируются алгоритмами в соответствии с конкретными задачами и хранятся в системе управления транспортным средством, так что транспортное средство может выполнять разные инструкции по действию при прохождении одной и той же электронной метки во время разных задач, что компенсирует традиционный метод навигации, маршрут движения фиксирован, а инструкции, выполняемые на метке, являются единичными. Этот метод решает проблему управления транспортным средством по сложным траекториям, повышает гибкость вождения и использование меток и имеет определенную прикладную ценность.