AGV路径规划技术研究文献综述

 2022-11-13 11:22:24

文献综述

  1. 课题研究的背景和意义

自动导航车(Automated Guided Vehicles,AGV)又名无人搬运车,出现于20世纪50年代,是一种自动化的无人驾驶的智能化搬运设备,属于移动式机器人系统,能够沿预先设定的路径行驶,是现代工业自动化物流系统如计算机集成制造系统(CIMS)中的关键设备之一[1]。自动导航车通常采用电磁感应、磁导航、激光导航等方式,在实际应用中一般由多辆AGV小车组成一个物料自动化输送系统,按照控制系统的命令行进,具备非常高的柔性,并具有灵活性、智能化等显著特点,可以方便地重组系统,达到生产过程的柔性化运输[2]。自1955年发明后得到快速发展,AGV应用范围也不仅仅限于制造车间搬运工件,同时广泛应用各行各业,如仓库,港口,机场,邮政等执行搬运任务。AGV不仅适用于重复搬运场合,而且在特殊环境中,能够代替操作人员进行相关操作,如放射性环境或者对人体有害的环境中,也有广泛的应用[3][4][5] 。

AGV路径规划是指在给定的环境下，通过抽象的方法将环境表示为电子地图的方式，并在电子地图中，查找从起点到终点的最优路径。在不同的情况下，最优路径的准则表现不同，包括路径准则、时间准则、成本准则等[6]。AGV路径规划的研究意在通过程序优化AGV车辆行进，使得AGV车辆更好地完成任务。

  1. 国内外研究现状

AGV 主要起源于欧洲，其历史有 60 年之久。首台AGV诞生于 1953 年，它是由拖拉机改装而成，能够在无人驾驶的情况下沿着固定路径行驶，被用于仓库中沿着布置在空中的导线进行货物的运输[7]。上世纪 70 年代，电磁导引的方式开始出现，AGV 开始沿着埋在地下的能够产生电磁频率的导线进行运行，AGV能够识别导线电磁频率的变化[8]。80 年代后，激光和惯性导引的方式开始在 AGV系统中出现，这两种导引方式不仅可以提高AGV系统的准确性和灵活性，而且在能够方便的对路径进行修改，不必改动地面和中断生产[9]。从 80 年代以来，由于工业自动化和物流自动化的要求，AGV 技术得到了迅猛的发展，AGV 系统以及发展成为物流系统的一个重要分支，成为现代企业实现装备自动化不可缺少的部分，并逐步呈现产业化的趋势[10][11]。

我国虽然在AGV方面的研究起步较晚，但是随着工业自动化的迅猛发展以及物流自动化的需求，AGV 的研究和应用也在不断的扩展，也取得了巨大的进步。

在AGV系统路径规划研究方面，国内外学者都做出来突出的贡献。国内学者的研究方向主要为AGV系统的路径规划以及AGV在行进过程中的避障问题。研究的主要理论包括：沈阳自动化研究所刘国栋研究了一种AGV两阶段动态路径规划算法[12]，其算法是通过在离线时生成路径集合，在运行时进行动态选择和调整的方法。国外在对路径规划研究一直是AGV研究领域的热点和难点问题，已经有大量的算法用于AGV的路径规划。Egbelu 和 Tanchoco 等人将遗传算法应用于AGV路径规划，通过将空闲的AGV进行分类，采用遗传迭代的方法，将AGV的空闲时间最小化[13]；Occena 和 Yokota 等人提出了启发式的搜索算法，通过评估每个搜索位置，得出最好的搜索方向，然后继续沿着这种方法进行搜索，最终得到搜索目标的一种方法[14]；还有 Umar与Ariffin 等人将遗传算法应用于AGV 路径规划，通过模拟自然进化过程搜索AGV最优路径[15]。对于以上的路径规划理论，各有优缺点，针对于不同的系统和环境下，应选取不同的算法，在对算法进行应用时，应通过实验对比，找出最适合本系统和环境的路径规划算法。

  1. 主要研究内容

本论文针对于国内对于AGV研究与应用起步较晚，自动化水平不高等缺点，在实验室研究的视觉引导AGV的基础上，进行AGV路径规划算法和调度系统的研究，目标在于选择一种适用于此种视觉引导AGV和特定环境下的路径规划算法和调度规划算法，并应用这两种算法建立一个AGV自动运输管理系统，从而优化AGV 的运输过程，提高AGV的运输效率。

  1. 总结

本开题报告首先介绍了本论文的研究内容和研究意义，介绍了本课题的来源，所研究的AGV运输系统的应用背景；然后对AGV的发展进行概述，介绍和分析了AGV系统的研究及路径规划技术的现状；

参考文献

  1. 徐清,自动导引小车系统的设计与实现[D].苏州:苏州大学.
  2. 汪达开,控制系统机械工业自动化.1997,19(3):36~38.
  3. 陈方建,世纪世界重要物料搬运技术及设备物流技术.2001,2: 44~45.
  4. 宋士刚,李爱平,徐立云,可重组制造系统中物流运输路径规划.同济大学学报(自然科学版),2010,38(1):113~117.
  5. 钟建琳制造环境中运输子系统的路径规划机械设计与制造::237~239.
  6. 苏霞. AGV地面控制系统及路径规划策略的研究[D].华南理工大学, 2015.
  7. 毕胜.AGV 控制器设计与融合[D].吉林大学, 2004.
  8. 于洋.AGV 及其控制器设计与开发[D].浙江大学, 2008.
  9. 雷定猷,张兰.AGV系统的调度优化模型[J].科学技术与工程,2008, 8(1):66-69.
  10. 杨文华.AGV技术发展综述[J].物流技术与应用, 2015, 20(11):93-95.
  11. 马志远.智能控制下的AGV路径规划研究[J].河南科技, 2013,(19):98-98.
  12. 刘国栋,曲道奎,张雷.多AGV调度系统中的两阶段动态路径规划[J].机器人. 2005,27(03): 210-214.
  13. Yu W, Egbelu P J. Design of a variable path tandem layout for automated guided vehicle systems[J]. Journal of Manufacturing Systems, 2001, 20(5):305-319.
  14. Occena L G, Yokota T. Modelling of an automated guided vehicle system (AGVS) in a just-in-time (JIT) environment[J]. International Journal of Production Research. 1991, 29(3): 495-511.
  15. Umar U A, Ariffin M K A, Ismail N, et al. Priority-Based Genetic Algorithm for Conflict-Free Automated Guided Vehicle Routing[M]. Procedia Engineering, Gaol F L, 2012: 50, 732-739.

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