Ausführliche Erläuterung der automatischen Positionierung und Führung von geführten Fahrzeugen auf Basis der RFID-Technologie

0 Vorwort

Bei der Objekthandhabung AGV (Automatic Guided Vehicle) sind Führung und Positionierung die wichtigsten Forschungsbereiche. Zu den häufig verwendeten Führungsmethoden gehören magnetische Führung [1], visuelle Führung [2], Laserführung [3] usw. Zu den Positionierungsmethoden gehören QR-Code-Positionierung [4], RFID-Radiofrequenz-Identifikationspositionierung [5], Ultraschallpositionierung usw. Unter anderem Sie sind einfach zu verlegen, die magnetischen Führungsstreifen sind einfach zu verlegen, die Pfade lassen sich leicht ändern, die Radiofrequenz-Identifizierung ist nicht leicht zu verunreinigen und beeinträchtigt weder Ton noch Licht. Daher werden AGVs mit magnetischer Führung und integrierter RFID-Technologie häufig in der automatisierten Produktion und im TranSportwesen eingesetzt.

Viele Wissenschaftler haben Forschungen zur RFID-Technologie in der magnetischen Führung durchgeführt. Gu Jiawei et al. [6] implementierten die AGV-Navigation durch das Schreiben von Tag-Nummern und Bewegungssteuerungsparametern in elektronische Tags. Li Ji [7] nutzte RFID-gestützte Positionierung und horizontale Magnetstreifen, um das Abbiegen, Parken und andere Aktionen des Fahrzeugs durchzuführen. Luo Yujia [8] korrigierte den AGV-Drehaktionsmodus und nutzte Tag-Informationen, um 90°- und 180°-Drehungen zu erreichen.

Der Großteil der oben genannten Literatur schreibt Handlungsanweisungen in elektronische Tags. Aufgrund der Speicherung einzelner Befehlsinformationen ist die Tag-Nutzungsrate gering. Wenn der tatsächliche Pfad komplex ist, müssen mehr Tags angeordnet werden, was der Pfadplanung und -führung nicht förderlich ist. Basierend auf früheren Forschungsergebnissen zielt dieser Artikel darauf ab, das Führungsproblem von AGV auf komplexen Pfaden zu lösen und schlägt einen Befehlsalgorithmus für Fahrzeugaktionen vor. Aktionsbefehle werden entsprechend der Planungsaufgabe generiert und im Fahrzeugsteuerungssystem gespeichert. Die Tags werden lediglich zur Standortidentifizierung verwendet, um die Fahrflexibilität des Fahrzeugs zu verbessern.

1. Fahrkartenmodellierung

1.1 Kartenzusammensetzung

Die Karte besteht aus Führungsmagnetstreifen und Arbeitsstationen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die beiden werden durch Linien bzw. Rechtecke dargestellt. g stellt den Arbeitsplatz dar, die Menge ist h und er ist gemäß Formel (1) nummeriert (die Zahl auf der rechten Seite des kleinen Rechtecks in der Abbildung). Dann kann der Arbeitsplatzsatz als G = {g1 ausgedrückt werden , g2, g3,..., gh}. l stellt eine Linie dar und die Zahl ist n. Es ist festgelegt, dass die horizontalen und vertikalen Liniennummern durch gerade bzw. ungerade Zahlen dargestellt und gemäß Formel (2) nummeriert werden sollen (die Zahlen in den Kreisen in der Abbildung). Der Liniensatz ist L={l1, l2,..., ln}.

Basierend auf dem Anwendungsszenario dieses Artikels wird festgelegt, dass das AGV rückwärts fährt, außer wenn sich die Gabel beim Betreten des Arbeitsplatzes vorwärts bewegt, und dass es an Linienkreuzungen und beim Betreten des Arbeitsplatzes langsamer wird.

1.2 Layout des elektronischen Etiketts

1.2.1 Platzierung von arbeitsplatzbezogenen Etiketten

In Abbildung 2 stellen pi1, pi2,..., pi7 die Position des elektronischen Tags dar. Abbildung 2(a) zeigt, wie das AGV geradeaus fährt und von links in den Arbeitsplatz gi einfährt. Es ist vorgeschrieben, bei pi3, pi5, pi4 bzw. pi7 abzubremsen, vom Rückwärtsfahren auf Vorwärtsfahren, Vorwärtsfahren, Rechtsabbiegen und Anhalten zu wechseln. Abbildung 2(b) zeigt, wie sich das AGV zurückzieht und nach links abbiegt, um den Arbeitsplatz zu verlassen. Es zieht sich geradeaus zurück, zieht sich zurück und biegt nach links ab und beschleunigt jeweils bei pi7, pi6 und pi1. Der Ein- und Ausstieg des AGV auf der rechten Seite des Arbeitsplatzes erfolgt ähnlich wie der Ein- und Ausstieg auf der linken Seite. Definieren Sie pik als das k-te Label (k∈{1, 2,...,7}) in Bezug auf Workstation gi, das wie in Abbildung 2 dargestellt angeordnet ist. Seine Zusammensetzung wird durch Matrix S1 wie folgt dargestellt:

1.2.2 Zeilenbeschriftungslayout

Platzieren Sie zwei elektronische Etiketten an beiden Enden jeder Zeile. Sja repräsentiert das a-te Label in Zeile lj, a={1, 2, 3, 4}. Es ist festgelegt, dass Sj1, Sj2, Sj3 und Sj4 nacheinander auf lj entlang der positiven Richtung der Koordinatenachse angeordnet sind und das Liniensegment zwischen Sj1 und Sj4 der Bereich der Linie lj ist. Das Fahrzeug führt Abbiegeanweisungen bei Sj1 und Sj4 aus, um in andere Linien einzufahren, und führt Beschleunigungs- oder Verzögerungsanweisungen bei Sj2 und Sj3 aus, um beim Einfahren in LJ zu beschleunigen und beim Verlassen von LJ abzubremsen. Die Beschriftungen aller Zeilen werden durch die in Gleichung (4) dargestellte Matrix S2 dargestellt. Das Layout aller Beschriftungen in der endgültigen Karte ist in Abbildung 3 dargestellt.

2. Aktionsanweisungsalgorithmus

Codieren Sie zunächst die Tags, bestimmen Sie dann die Reihenfolge der Weitergabe der einzelnen Tags gemäß dem Planungspfad und generieren Sie schließlich Aktionsanweisungen basierend auf der Tag-Sortierung.

2.1 Elektronische Etikettenkodierung

Die KodierungDas Format des elektronischen Tags ist in Abbildung 4 dargestellt, wobei x und y die Koordinaten des Tags in der Karte darstellen, „pro“ stellt das Attribut dar, d. h. die Art der Aktionsanweisungen, die das Fahrzeug an der Markierung „Linie“ ausführen kann. stellt die Linie dar und 'sitzen' Gibt die entsprechende Arbeitsplatznummer an. Je nach Fahrmodus des AGV auf der Strecke ist der „Profi“-Modus verfügbar. Das Bit von Sj1 und Sj4 ist '01', was Drehen bedeutet, und das 'Pro' Das Bit von Sj2 und Sj3 ist „02“, was Beschleunigung und Verzögerung bedeutet. Das „Zeilen“-Bit von Sja ist die Zeilennummer j, und das „Sit“-Bit wird durch Null dargestellt. Der „Profi“ Das Bit des Label-Pik wird in Tabelle 1 entsprechend der Art und Weise dargestellt, wie das AGV die Station betritt und verlässt. Die „Linie“ Bit ist die Zeilennummer, in der sich pi1 befindet, und das „sit“-Bit ist die Nummer der Zeile, in der sich pi1 befindet. Bit ist die Stationsnummer, die ich damit in Verbindung gebracht habe.

2.2 Pfadeinrichtung und -auswahl

Unter diesen stellt w den Pfad dar und die Zahl ist m (m≥m0). Dann kann die aus allen Pfaden bestehende Matrix als W = [w1, w2,..., wm]T ausgedrückt werden. ltx stellt die x-te Linie des Pfades wt dar, wobei wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, unter der Annahme, dass die Linie im t- enthalten ist. Der größte Pfad ist n1, dann ist W eine m×n1-Ordnungsmatrix. Wenn die Anzahl der Zeilen kleiner als n1 ist, wird der unzureichende Teil durch 0 dargestellt und die Pfadmatrix wird durch Gleichung (6) dargestellt:

2.3 Sortiermethode für Planungspfadetiketten

Für die Beschriftungen auf zwei beliebigen verbundenen Linien werden die erste und die zweite Linie durch lu bzw. lv dargestellt. Die Beschriftungen auf lu sind Su1, Su2, Su3 und Su4, und die Beschriftungen auf lv sind Sv1, Sv2, Sv3 und Sv4. r0 stellt die Etikettensequenz von lu bis lv dar. Nehmen Sie an, dass die Koordinaten von Su1 (x1, y1) und die Koordinaten von Sv1 (x2, y2) sind. Durch den Vergleich der beiden Koordinaten kann auf die relative Positionsbeziehung zwischen lu und lv geschlossen werden:

Der erste Fall: x1》x2, y1》y2, wie in Abbildung 5(a) und Abbildung 5(b) gezeigt, r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Der zweite Fall: x1》x2, y1》y2, wenn lu eine ungerade Zahl ist, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, entsprechend Abbildung 5(c); andernfalls r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, entsprechend Abbildung 5(d). Auf die gleiche Weise kann auf die Anordnung von r0-Elementen in anderen Fällen geschlossen werden.

Wählen Sie für den Pfad wβ zunächst die Beschriftungen auf jeder Zeile gemäß Gleichung (4) aus und ordnen Sie sie dann in der Reihenfolge an, in der die Fahrzeuge jede Beschriftung auf dem Pfad passieren. Die Schritte sind wie folgt:

(1) Betrachten Sie lβ1 und lβ2 als erste bzw. zweite Linie und bestimmen Sie ihre Positionsbeziehung basierend auf der Koordinatenbeziehung. Sortieren Sie gemäß den Sortierregeln für zweizeilige Beschriftungen und fügen Sie die sortierten Ergebnisse in Array r1 ein.

(2) Behandeln Sie lβ2 und lβ3 als erste bzw. zweite Zeile für die Sortierung und fügen Sie das Sortierergebnis der lβ3-Beschriftung zum Array r1 hinzu.

(3) Ordnen Sie die Beschriftungen für die Zeilen lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif auf ähnliche Weise wie in Schritt (2) an.

Löschen Sie die Tags in r1, die nicht lj1 und lj2 durchlaufen haben, entsprechend der Art und Weise, wie das AGV die Arbeitsstation betritt und verlässt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Anzahl der Elemente in r1 durch b1 dargestellt.

2.4 Handlungsanweisungen

Das Format des Aktionsbefehls ist in Abbildung 6 dargestellt. Die ersten fünf Ziffern sind der elektronische Tag-Code und die „ins“-Nummern sind der elektronische Tag-Code. Bit ist der Aktionsbefehl, der vom AGV am Tag ausgeführt wird, der den ersten 5 Ziffern entspricht. Der Code ist entsprechend seiner Funktion codiert, wie in Tabelle 2 dargestellt. Wenn das AGV von der Startstation gs zur Zielstation ge fährt, fährt es in der Reihenfolge Verlassen der Station, Fahren auf dem Weg und Betreten der Station. Der RFID-Leser liest weiterhin die Informationen des Bodenetiketts und übermittelt sie an das Fahrzeugsteuerungssystem. Führen Sie Anweisungen nacheinander entsprechend den Bedingungen aus, um die Planungsaufgabe abzuschließen. Voraussetzung ist, dass die aktuell gelesenen Tag-Informationen mit dem Tag-Codierungsbit des auszuführenden Befehls übereinstimmen.

2.4.1 Aktionsbefehl „Station verlassen“.

R1 stellt den Satz von Arbeitsstationsaktionsanweisungen dar. Wenn das AGV die Station von links verlässt, fügen Sie „00“ und „01“ hinzu. und '05' bzw. hinter der Kennzeichnungscodierung mit „pro“ Teile von '09', '08' und '03' in Zeile S von S1, andernfalls '00', '02' hinzufügen und '05' bzw. nach der Codierung der Tags, deren „pro“ Bits sind '09', '08' und '07' in Zeile S von S1 und verwenden Sie sie als 1., 2. und 3. in R1 nacheinander. Handlungsanweisungen.

2.4.2 Anweisungen zur Pfadaktion

Bestimmen Sie die Handlungsanweisungen gemäß der „Profi“-Anleitung. Bit für b1-Tags in r1. R2 stellt den Pfadaktionsbefehlssatz dar, und Abbildung 7 zeigt seinen Beurteilungsprozess.

2.4.3 Aktionsbefehl zum Betreten des Arbeitsplatzes

R3 stellt den Satz von Arbeitsstations-Aktionsanweisungen dar. Das AGV betritt den Arbeitsplatz von links und fügt „06“, „07“ und „04“ hinzu. jeweils nach den Etikettencodes '05', '07', '06' und '09' im 'Profi' Position der Zeile e von S1. , '08'; Andernfalls fügen Sie '06', '07', '03', '08' hinzu. jeweils nach der Etikettenkodierung von '05', '03', '04' und '09' in der Reihe. Und nacheinander als 1., 2., 3. und 4. Anweisung in R3.

3. Testergebnisse und Analyse

Wählen Sie die Stationen 12, 13, 17 und 18 zum Testen aus. Die Etikettencodierung ist in Abbildung 8 dargestellt. Die ersten beiden Ziffern sind die x-Koordinate, die 3. bis 4. Ziffer sind die y-Koordinate, die 5. bis 6. Ziffer stellen die Attribute dar, die 7. bis 8. Ziffer sind die Zeilennummern, in denen sie sich befinden , und die letzten beiden Ziffern beziehen sich darauf. Stationsnummer.

Das Fahrzeugaktionsbefehlsprogramm wurde in VC++6.0 geschrieben und als Testobjekt wurde ein Modellauto ausgewählt, das auf der ARM-Architektur basiert und in das Radiofrequenz-Identifikationsmodul RC522 integriert ist. Abbildung 9 zeigt das tatsächliche Betriebsdiagramm des Fahrzeugs nach dem Verlegen der Führungslinien und dem Anbringen von Etiketten. Der Test zeigt, dass das Fahrzeug die Dispositionsaufgabe wie erwartet erledigen kann. Abbildung 10 zeigt die Anleitungsmethode zum Schreiben von Aktionsanweisungen in das Tag. Das AGV führt Aktionen wie Beschleunigung und Verzögerung aus, indem es die Anweisungen im Tag ausführt. Da die internen Befehlsinformationen der Boden-Tags nach der Platzierung ermittelt wurden, kann das Fahrzeug beim Passieren jedes Tags nur eine bestimmte feste Aktion ausführen. Die Führungsmethode ist relativ einfach und weist eine geringe Flexibilität auf.

Wählen Sie verschiedene Start- und Zielstationen zum Kombinieren aus, die unterschiedliche Planungsaufgaben darstellen. In C++6.0 sind die Ergebnisse jeder Operation in Abbildung 11 dargestellt. Die ersten 10 Ziffern jeder Aktionsanweisung sind die elektronischen Tag-Codes und die letzten beiden Das Bit gibt die vom AGV am Tag ausgeführte Aktion an.

Die Fahrrouten der Aufgaben 1 und 2 sind 20→22→24 bzw. 20→22→21→18. Das AGV hat das Label 4610012200 passiert. In Aufgabe 1 gibt es keine Anweisung, die diesem Label entspricht. Das AGV führt hier keine Anweisungen aus. Linie 22 fährt weiter geradeaus und gelangt in Linie 24; Der diesem Label in Aufgabe 2 entsprechende Befehl lautet 461001220002, und die letzten beiden Ziffern '02' Geben Sie an, dass das AGV rückwärts fährt und hier nach rechts abbiegt, indem Sie Zeile 21 von Zeile 22 eingeben. Der Vergleich zeigt: AGV führt die Anweisung nur an dem Tag aus, das die Ausführungsbedingungen der Aktionsanweisung erfüllt.

Die Fahrrouten der Aufgaben 3 und 4 lauten 24→21→16→14 bzw. 24→21→18. Die AGVs durchliefen alle das Etikett 4722012100. In Aufgabe 3 lautet der entsprechende Befehl des AGVs auf diesem Etikett 472201210002, und die letzten beiden Ziffern „02“ repräsentieren Das AGV fährt rückwärts und dreht hier rechts ab und fährt von Zeile 21 in Zeile 16 ein; Der diesem Label in Aufgabe 4 entsprechende Befehl lautet 472201210001, und die letzten beiden Ziffern '01' Geben Sie an, dass das AGV rückwärts fährt und hier nach links abbiegt und von Zeile 21 in Zeile 18 eintritt. Der Vergleich zeigt: Das AGV kann bei der Erledigung verschiedener Aufgaben unterschiedliche Anweisungen auf derselben Beschriftung ausführen, was die Fahrflexibilität erhöht.

4 Zusammenfassung

In diesem Artikel werden elektronische Tags zur Standortidentifizierung verwendet. Aktionsanweisungen werden von Algorithmen entsprechend bestimmten Aufgaben generiert und im Fahrzeugsteuerungssystem gespeichert, sodass das Fahrzeug beim Passieren desselben elektronischen Tags bei verschiedenen Aufgaben unterschiedliche Aktionsanweisungen ausführen kann, um dies auszugleichen Bei der traditionellen Navigationsmethode ist die Fahrtroute festgelegt und die auf dem Etikett ausgeführten Anweisungen sind einzeln. Diese Methode löst das Problem der Fahrzeugführung auf komplexen Wegen, verbessert die Fahrflexibilität und die Etikettennutzung und hat einen bestimmten Anwendungswert.