Giải thích chi tiết về thiết kế dẫn đường và định vị xe được dẫn đường tự động dựa trên công nghệ RFID

0 Lời nói đầu

Đối với việc xử lý đối tượng AGV (xe dẫn hướng tự động), hướng dẫn và định vị là những phần nghiên cứu chính. Các phương pháp hướng dẫn thường được sử dụng bao gồm hướng dẫn từ tính [1], hướng dẫn trực quan [2], hướng dẫn laser [3], v.v. Các phương pháp định vị bao gồm định vị bằng mã QR [4], định vị nhận dạng tần số vô tuyến RFID [5], định vị siêu âm, v.v. chúng, dải từ dẫn hướng từ tính dễ đặt, dễ thay đổi đường dẫn, nhận dạng tần số vô tuyến không dễ bị ô nhiễm và không bị nhiễu với âm thanh và ánh sáng. Do đó, AGV dẫn hướng từ tính tích hợp công nghệ RFID được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và vận chuyển tự động.

Nhiều học giả đã tiến hành nghiên cứu về công nghệ RFID trong hướng dẫn từ trường. Gu Jiawei và cộng sự. [6] đã triển khai điều hướng AGV bằng cách ghi số thẻ và thông số điều khiển chuyển động vào thẻ điện tử. Li Ji [7] đã sử dụng định vị được hỗ trợ bởi RFID và sử dụng các dải từ ngang để hoàn thành việc quay xe, đỗ xe và các hành động khác. Luo Yujia [8] đã sửa chế độ hành động quay AGV và sử dụng thông tin thẻ để đạt được các góc quay 90° và 180°.

Hầu hết các Tài liệu nêu trên đều viết hướng dẫn hành động dưới dạng thẻ điện tử. Do thông tin lệnh đơn được lưu nên tỷ lệ sử dụng thẻ thấp. Khi đường dẫn thực tế phức tạp, cần phải sắp xếp nhiều thẻ hơn, điều này không có lợi cho việc lập kế hoạch và hướng dẫn đường dẫn. Dựa trên nghiên cứu trước đây, bài viết này nhằm mục đích giải quyết vấn đề dẫn đường của AGV theo các đường đi phức tạp và đề xuất thuật toán điều khiển hành động của xe. Các lệnh hành động được tạo ra theo nhiệm vụ lập kế hoạch và được lưu trong hệ thống điều khiển xe. Các thẻ chỉ được sử dụng làm nhận dạng vị trí để cải thiện tính linh hoạt khi lái xe.

1. Lập mô hình bản đồ lái xe

1.1 Thành phần bản đồ

Bản đồ bao gồm các dải từ hướng dẫn và các trạm làm việc, như trong Hình 1. Cả hai được thể hiện lần lượt bằng các đường thẳng và hình chữ nhật. g đại diện cho trạm làm việc, đại lượng là h và được đánh số theo công thức (1) (số bên phải hình chữ nhật nhỏ trong hình), khi đó bộ trạm làm việc có thể biểu thị là G = {g1 ,g2,g3,...,gh}. l đại diện cho một dòng và số là n. Quy định số hàng ngang, hàng dọc lần lượt được thể hiện bằng số chẵn, số lẻ và đánh số theo công thức (2) (các số ở vòng tròn trong hình). Tập dòng là L={l1, l2,..., ln}.

Dựa trên kịch bản ứng dụng của bài viết này, quy định rằng AGV sẽ lái lùi trừ khi phuộc di chuyển về phía trước khi vào trạm làm việc và sẽ giảm tốc độ tại các giao lộ đường và khi vào trạm làm việc.

1.2 Bố cục nhãn điện tử

1.2.1 Vị trí dán nhãn liên quan đến các máy trạm

Trên hình 2, pi1, pi2,..., pi7 thể hiện vị trí của thẻ điện tử. Hình 2(a) cho thấy AGV đi thẳng và đi vào trạm làm việc gi từ bên trái. Quy định giảm tốc lần lượt ở pi3, pi5, pi4, pi7, chuyển từ chạy lùi sang tiến, tiến, rẽ phải, dừng. Hình 2(b) cho thấy AGV đang rút lui và rẽ trái để thoát khỏi trạm làm việc. Nó rút lui thẳng, rút lui và rẽ trái và tăng tốc lần lượt ở pi7, pi6 và pi1. Lối vào và lối ra của AGV từ phía bên phải của máy trạm cũng tương tự như lối vào và lối ra của nó từ phía bên trái. Xác định pik là nhãn thứ k (k∈{1, 2,...,7}) liên quan đến máy trạm gi, được sắp xếp như trên Hình 2. Thành phần của nó được biểu diễn bằng ma trận S1 như sau:

1.2.2 Bố cục nhãn dòng

Đặt hai thẻ điện tử ở hai đầu mỗi dòng. Sja đại diện cho nhãn thứ a trên dòng lj, a={1, 2, 3, 4}. Người ta quy định rằng Sj1, Sj2, Sj3, Sj4 được sắp xếp tuần tự trên lj dọc theo chiều dương của trục tọa độ, đoạn thẳng giữa Sj1 và Sj4 là phạm vi của đường lj. Xe thực hiện lệnh rẽ tại Sj1 và Sj4 để đi vào các vạch khác, đồng thời thực hiện lệnh tăng hoặc giảm tốc tại Sj2 và Sj3 để tăng tốc khi vào lj và giảm tốc khi rời lj. Các nhãn trên tất cả các dòng được biểu thị bằng ma trận S2 được hiển thị trong Công thức (4). Bố cục của tất cả các nhãn trong bản đồ cuối cùng được hiển thị trong Hình 3.

2. Thuật toán hướng dẫn hành động

Đầu tiên hãy mã hóa các thẻ, sau đó xác định thứ tự chuyển từng thẻ theo đường dẫn lập lịch và cuối cùng tạo hướng dẫn hành động dựa trên việc sắp xếp thẻ.

2.1 Mã hóa nhãn điện tử

Việc mã hóađịnh dạng của thẻ điện tử được hiển thị trong Hình 4, trong đó x và y biểu thị tọa độ của thẻ trên bản đồ, 'pro' đại diện cho thuộc tính, tức là loại hướng dẫn hành động mà phương tiện có thể thực hiện tại nhãn, 'line' đại diện cho dòng và 'sit' Cho biết số trạm làm việc có liên quan. Theo chế độ lái của AGV trên đường dây, 'pro' bit của Sj1 và Sj4 là '01', có nghĩa là quay và 'pro' bit của Sj2 và Sj3 là '02', nghĩa là tăng tốc và giảm tốc. Bit 'line' của Sja là số dòng j và bit 'sit' được biểu thị bằng 0. 'chuyên nghiệp' bit của nhãn pik được thể hiện trong Bảng 1 theo cách AGV vào và ra khỏi trạm. Dòng 'dòng' bit là số dòng nơi pi1 được đặt và 'sit' bit là số trạm tôi liên quan đến nó.

2.2 Thiết lập và lựa chọn đường đi

Trong số đó, w đại diện cho đường dẫn và số là m (m ≥m0). Khi đó, ma trận gồm tất cả các đường dẫn có thể được biểu diễn dưới dạng W = [w1, w2,..., wm]T. ltx đại diện cho dòng thứ x của đường dẫn wt, trong đó wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, giả sử dòng này có trong t- th path Số lớn nhất là n1 thì W là ma trận bậc m×n1. Nếu số dòng nhỏ hơn n1, phần không đủ được biểu thị bằng 0 và ma trận đường dẫn được biểu thị bằng phương trình (6):

2.3 Phương pháp sắp xếp nhãn đường dẫn

Đối với các nhãn trên hai đường kết nối bất kỳ, dòng đầu tiên và dòng thứ hai lần lượt được biểu thị bằng lu và lv. Các nhãn trên lu là Su1, Su2, Su3 và Su4 và các nhãn trên lv là Sv1, Sv2, Sv3 và Sv4. r0 đại diện cho chuỗi nhãn từ lu đến lv. Giả sử tọa độ của Su1 là (x1, y1) và tọa độ của Sv1 là (x2, y2). Bằng cách so sánh hai tọa độ, có thể suy ra mối quan hệ vị trí tương đối giữa lu và lv:

Trường hợp đầu tiên: x1》x2, y1》y2, như trong Hình 5(a) và Hình 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Trường hợp thứ hai: x1》x2, y1》y2, nếu lu là số lẻ thì r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, tương ứng với Hình 5(c); ngược lại r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, tương ứng với Hình 5(d). Theo cách tương tự, có thể suy ra cách sắp xếp các phần tử r0 trong các trường hợp khác.

Đối với đường dẫn wβ, trước tiên hãy chọn các nhãn trên mỗi dòng theo Công thức (4), sau đó sắp xếp chúng theo thứ tự các phương tiện đi qua từng nhãn trên đường dẫn. Các bước thực hiện như sau:

(1) Coi lβ1 và lβ2 lần lượt là dòng thứ nhất và dòng thứ hai và xác định mối quan hệ vị trí của chúng dựa trên mối quan hệ tọa độ. Sắp xếp theo quy tắc sắp xếp nhãn hai dòng và đưa kết quả đã sắp xếp vào mảng r1;

(2) Coi lβ2 và lβ3 lần lượt là dòng đầu tiên và dòng thứ hai để sắp xếp và thêm kết quả sắp xếp của nhãn lβ3 vào mảng r1;

(3) Sắp xếp nhãn cho các dòng lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif theo cách tương tự như bước (2).

Xóa các thẻ trong r1 chưa qua lj1 và lj2 theo cách AGV ra vào máy trạm. Lúc này, số phần tử trong r1 được biểu thị bằng b1.

2.4 Hướng dẫn hành động

Định dạng lệnh hành động được hiển thị trong Hình 6. 5 chữ số đầu tiên là mã thẻ điện tử và 'ins' bit là lệnh hành động được AGV thực thi tại thẻ tương ứng với 5 chữ số đầu tiên. Mã được mã hóa theo chức năng của nó, như trong Bảng 2. Khi AGV di chuyển từ trạm xuất phát gs đến trạm mục tiêu ge, nó di chuyển theo thứ tự ra khỏi trạm, di chuyển trên đường đi và vào trạm. Đầu đọc RFID tiếp tục đọc thông tin thẻ nối đất và truyền nó đến hệ thống điều khiển xe. Thực hiện các hướng dẫn tuần tự theo các điều kiện để hoàn thành nhiệm vụ lập lịch. Điều kiện là thông tin thẻ hiện được đọc nhất quán với bit mã hóa thẻ của lệnh sẽ được thực thi.

2.4.1 Lệnh hành động thoát khỏi trạm

R1 đại diện cho tập hợp các hướng dẫn hành động của máy trạm. Nếu AGV ra khỏi trạm từ bên trái, hãy thêm '00', '01' và '05' tương ứng sau nhãn mã hóa bằng 'pro' bit của '09', '08' và '03' ở hàng S của S1, nếu không thì Thêm '00', '02' và '05' tương ứng sau khi mã hóa các thẻ có 'pro' bit là '09', '08' và '07' ở hàng S của S1 và sử dụng chúng làm hàng 1, 2thứ 2 và thứ 3 trong R1 theo thứ tự. hướng dẫn hành động.

2.4.2 Hướng dẫn hành động đường dẫn

Xác định hướng dẫn hành động theo 'pro' bit cho thẻ b1 trong r1 tương ứng. R2 biểu thị tập lệnh hành động đường dẫn và Hình 7 hiển thị quy trình phán đoán của nó.

2.4.3 Lệnh hành động vào trạm làm việc

R3 đại diện cho tập hợp các hướng dẫn hành động của máy trạm. AGV đi vào trạm làm việc từ bên trái và thêm '06', '07' và '04' tương ứng sau các mã nhãn '05', '07', '06', và '09' trong 'pro' vị trí của hàng e của S1. , '08'; nếu không, hãy thêm '06', '07', '03', '08' tương ứng sau mã hóa nhãn của '05', '03', '04', và '09' trong hàng. Và tuần tự như lệnh 1, 2, 3, 4 trong R3.

3. Kết quả kiểm tra và phân tích

Chọn trạm 12, 13, 17 và 18 để kiểm tra. Mã hóa nhãn được hiển thị trong Hình 8. Hai chữ số đầu tiên là tọa độ x, các chữ số thứ 3 đến thứ 4 là tọa độ y, các chữ số từ thứ 5 đến thứ 6 biểu thị các thuộc tính, các chữ số thứ 7 đến thứ 8 là số dòng nơi chúng được định vị , và hai chữ số cuối có liên quan đến nó. Số trạm.

Chương trình lệnh hành động của xe được viết bằng VC++ 6.0 và một mẫu ô tô dựa trên kiến trúc ARM và tích hợp mô-đun nhận dạng tần số vô tuyến RC522 đã được chọn làm đối tượng thử nghiệm. Hình 9 thể hiện sơ đồ vận hành thực tế của xe sau khi đặt vạch dẫn và dán nhãn. Thử nghiệm cho thấy xe có thể hoàn thành nhiệm vụ điều độ như mong đợi. Hình 10 cho thấy phương pháp hướng dẫn viết hướng dẫn hành động vào thẻ. AGV hoàn thành các hành động như tăng tốc và giảm tốc bằng cách thực hiện các hướng dẫn trong thẻ. Vì thông tin lệnh nội bộ của thẻ nối đất đã được xác định sau khi đặt nên phương tiện chỉ có thể hoàn thành một hành động cố định nhất định khi đi qua từng thẻ. Phương pháp hướng dẫn tương đối đơn giản và có tính linh hoạt kém.

Chọn các trạm khởi đầu và trạm mục tiêu khác nhau để kết hợp, thể hiện các nhiệm vụ lập kế hoạch khác nhau. Trong C++ 6.0, kết quả của mỗi thao tác được hiển thị trong Hình 11. 10 chữ số đầu tiên của mỗi lệnh hành động là mã thẻ điện tử và hai chữ số cuối cùng cho biết hành động được thực hiện bởi AGV trên thẻ.

Lộ trình lái xe của Nhiệm vụ 1 và 2 lần lượt là 20→22→24, 20→22→21→18. AGV đã chuyển nhãn 4610012200. Không có lệnh nào tương ứng với nhãn này trong Nhiệm vụ 1. AGV không thực hiện bất kỳ lệnh nào ở đây. Dòng 22 tiếp tục đi thẳng vào dòng 24; lệnh tương ứng với nhãn này trong nhiệm vụ 2 là 461001220002 và hai chữ số cuối '02' cho biết AGV lùi và rẽ phải tại đây, nhập dòng 21 từ dòng 22. So sánh cho thấy: AGV chỉ thực hiện lệnh tại thẻ đáp ứng các điều kiện thực hiện của lệnh hành động.

Lộ trình lái xe của nhiệm vụ 3 và 4 lần lượt là 24→21→16→14, 24→21→18. Tất cả AGV đều được chuyển qua nhãn 4722012100. Trong nhiệm vụ 3, lệnh tương ứng của AGV trên nhãn này là 472201210002 và hai chữ số cuối '02' đại diện cho AGV lùi lại và rẽ phải ở đây và đi vào dòng 16 từ dòng 21; lệnh tương ứng với nhãn này trong nhiệm vụ 4 là 472201210001 và hai chữ số cuối '01' cho biết AGV lùi và rẽ trái ở đây và đi vào dòng 18 từ dòng 21. So sánh cho thấy: AGV có thể thực hiện các hướng dẫn khác nhau trên cùng một nhãn khi hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau, tăng tính linh hoạt khi lái xe.

4 Tóm tắt

Bài viết này sử dụng thẻ điện tử làm nhận dạng vị trí và hướng dẫn hành động được tạo ra bằng thuật toán theo nhiệm vụ cụ thể và được lưu trữ trong hệ thống điều khiển phương tiện, để phương tiện có thể thực hiện các hướng dẫn hành động khác nhau khi đi qua cùng một thẻ điện tử trong các nhiệm vụ khác nhau, bù đắp cho truyền thống Trong phương pháp điều hướng, lộ trình lái xe là cố định và các hướng dẫn được thực hiện trên nhãn là duy nhất. Phương pháp này giải quyết vấn đề dẫn hướng phương tiện trong các đường dẫn phức tạp, cải thiện tính linh hoạt khi lái xe và sử dụng nhãn và có giá trị ứng dụng nhất định.