Explication détaillée de la conception du positionnement et du guidage automatique des véhicules à guidage automatique basée sur la technologie RFID

0 Préface

Pour les véhicules à guidage automatique (AGV) de manutention d'objets, le guidage et le positionnement sont les éléments clés de la recherche. Les méthodes de guidage couramment utilisées comprennent le guidage magnétique [1], le guidage visuel [2], le guidage laser [3], etc. Les méthodes de positionnement comprennent le positionnement par code QR [4], le positionnement par identification par radiofréquence RFID [5], le positionnement par ultrasons, etc. Parmi elles, les bandes magnétiques de guidage magnétique sont faciles à poser, faciles à changer de chemin, l'identification par radiofréquence n'est pas facile à contaminer et n'interfère pas avec le son et la lumière. Par conséquent, les AGV à guidage magnétique intégrant la technologie RFID sont largement utilisés dans la production et le transport automatisés.

De nombreux chercheurs ont mené des recherches sur la technologie RFID dans le guidage magnétique. Gu Jiawei et al. [6] ont mis en œuvre la navigation AGV en écrivant des numéros d'étiquette et des paramètres de contrôle de mouvement dans des étiquettes électroniques. Li Ji [7] a utilisé le positionnement assisté par RFID et a utilisé des bandes magnétiques horizontales pour effectuer les virages, le stationnement et d'autres actions du véhicule. Luo Yujia [8] a corrigé le mode d'action de rotation de l'AGV et a utilisé les informations de l'étiquette pour réaliser des virages à 90° et 180°.

La plupart des ouvrages mentionnés ci-dessus écrivent des instructions d'action dans des étiquettes électroniques. En raison des informations d'instruction uniques enregistrées, le taux d'utilisation des étiquettes est faible. Lorsque le chemin réel est complexe, davantage d'étiquettes doivent être disposées, ce qui n'est pas propice à la planification et au guidage du chemin. Sur la base de recherches antérieures, cet article vise à résoudre le problème de guidage de l'AGV sous des chemins complexes et propose un algorithme de commande d'action du véhicule. Les commandes d'action sont générées en fonction de la tâche de planification et enregistrées dans le système de contrôle du véhicule. Les étiquettes ne sont utilisées que comme identification de l'emplacement pour améliorer la flexibilité de conduite du véhicule.

1. Modélisation de la carte de conduite

1.1 Composition de la carte

La carte se compose de bandes magnétiques de guidage et de postes de travail, comme le montre la figure 1. Les deux sont représentés respectivement par des lignes et des rectangles. g représente le poste de travail, la quantité est h, et il est numéroté selon la formule (1) (le nombre sur le côté droit du petit rectangle sur la figure), alors l'ensemble des postes de travail peut être exprimé comme G = {g1, g2, g3,..., gh}. l représente une ligne, et le nombre est n. Il est stipulé que les numéros de ligne horizontale et verticale doivent être représentés respectivement par des nombres pairs et des nombres impairs et numérotés selon la formule (2) (les nombres dans les cercles sur la figure). L'ensemble de lignes est L={l1, l2,..., ln}.

Sur la base du scénario d'application de cet article, il est stipulé que l'AGV se déplacera en marche arrière sauf lorsque la fourche se déplace vers l'avant lors de l'entrée dans le poste de travail, et qu'il ralentira aux intersections de lignes et lors de l'entrée dans le poste de travail.

1.2 Disposition des étiquettes électroniques

1.2.1 Placement des étiquettes relatives aux postes de travail

Dans la figure 2, pi1, pi2,..., pi7 représentent la position de l'étiquette électronique. La figure 2(a) montre l'AGV allant tout droit et entrant dans le poste de travail gi par la gauche. Il est stipulé de décélérer à pi3, pi5, pi4 et pi7 respectivement, de passer de la marche arrière à la marche avant, de marcher en avant, de tourner à droite et de s'arrêter. La figure 2(b) montre l'AGV reculant et tournant à gauche pour sortir du poste de travail. Il recule tout droit, recule et tourne à gauche, et accélère à pi7, pi6 et pi1 respectivement. L'entrée et la sortie de l'AGV du côté droit du poste de travail sont similaires à son entrée et sa sortie du côté gauche. Définissons pik comme la k-ième étiquette (k∈{1, 2,...,7}) liée au poste de travail gi, qui est disposé comme indiqué dans la figure 2. Sa composition est représentée par la matrice S1 comme suit :

1.2.2 Disposition des étiquettes de ligne

Placez deux étiquettes électroniques aux deux extrémités de chaque ligne. Sja représente la a-ième étiquette sur la ligne lj, a={1, 2, 3, 4}. Il est stipulé que Sj1, Sj2, Sj3 et Sj4 sont disposés séquentiellement sur lj le long de la direction positive de l'axe des coordonnées, et le segment de ligne entre Sj1 et Sj4 est la portée de la ligne lj. Le véhicule exécute des instructions de virage à Sj1 et Sj4 pour entrer dans d'autres lignes, et exécute des instructions d'accélération ou de décélération à Sj2 et Sj3 pour accélérer en entrant dans lj et décélérer en sortant de lj. Les étiquettes sur toutes les lignes sont représentées par la matrice S2 illustrée dans l'équation (4). La disposition de toutes les étiquettes dans la carte finale est illustrée dans la figure 3.

2. Algorithme d'instruction d'action

Commencez par encoder les balises, puis déterminez l'ordre de passage de chaque balise en fonction du chemin de planification, et enfin générez des instructions d'action en fonction du tri des balises.

2.1 Codage des étiquettes électroniques

Le codageLe format de l'étiquette électronique est illustré à la Figure 4, où x et y représentent les coordonnées de l'étiquette sur la carte, « pro » représente l'attribut, c'est-à-dire le type d'instructions d'action que le véhicule peut exécuter sur l'étiquette, « ligne » représente la ligne et « assis » indique le numéro du poste de travail concerné. Selon le mode de conduite de l'AGV sur la ligne, le bit « pro » de Sj1 et Sj4 est « 01 », ce qui signifie tourner, et le bit « pro » de Sj2 et Sj3 est « 02 », ce qui signifie accélération et décélération. Le bit « ligne » de Sja est le numéro de ligne j, et le bit « assis » est représenté par zéro. Le bit « pro » de l'étiquette pik est représenté dans le Tableau 1 selon la manière dont l'AGV entre et sort de la station. Le bit « ligne » est le numéro de la ligne où se trouve pi1, et le bit « sit » est le numéro de la station i qui lui est associée.

2.2 Établissement et sélection du chemin

Parmi eux, w représente le chemin, et le nombre est m (m≥m0). La matrice composée de tous les chemins peut alors être exprimée comme W = [w1, w2,..., wm]T. ltx représente la x-ième ligne du chemin wt, où wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, en supposant que la ligne soit incluse dans le t-ième chemin Le plus grand nombre est n1, alors W est une matrice d'ordre m×n1. Si le nombre de lignes est inférieur à n1, la partie insuffisante est représentée par 0 et la matrice de chemin est représentée par l'équation (6) :

2.3 Méthode de tri des étiquettes de chemin de planification

Pour les étiquettes sur deux lignes connectées, les première et deuxième lignes sont représentées respectivement par lu et lv. Les étiquettes sur lu sont Su1, Su2, Su3 et Su4, et les étiquettes sur lv sont Sv1, Sv2, Sv3 et Sv4. r0 représente la séquence d'étiquettes de lu à lv. Supposons que les coordonnées de Su1 sont (x1, y1) et les coordonnées de Sv1 sont (x2, y2). En comparant les deux coordonnées, la relation de position relative entre lu et lv peut être déduite :

Le premier cas : x1》x2, y1》y2, comme indiqué dans la Figure 5(a) et la Figure 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Le deuxième cas : x1》x2, y1》y2, si lu est un nombre impair, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, correspondant à la Figure 5(c) ; sinon r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, correspondant à la Figure 5(d). De la même manière, la disposition des éléments r0 dans d'autres cas peut être déduite.

Pour le chemin wβ, sélectionnez d'abord les étiquettes sur chaque ligne selon l'équation (4), puis disposez-les dans l'ordre dans lequel les véhicules passent par chaque étiquette sur le chemin. Les étapes sont les suivantes :

(1) Considérez lβ1 et lβ2 comme les première et deuxième lignes respectivement, et déterminez leur relation de position en fonction de la relation de coordonnées. Triez selon les règles de tri des étiquettes à deux lignes et placez les résultats triés dans le tableau r1 ;

(2) Considérez lβ2 et lβ3 comme les première et deuxième lignes respectivement pour le tri, et ajoutez le résultat du tri de l'étiquette lβ3 au tableau r1 ;

(3) Disposez les étiquettes des lignes lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif de manière similaire à l'étape (2).

Supprimez les étiquettes dans r1 qui ne sont pas passées par lj1 et lj2 en fonction de la façon dont l'AGV entre et sort du poste de travail. À ce stade, le nombre d'éléments dans r1 est représenté par b1.

2.4 Instructions d'action

Le format de la commande d'action est illustré à la Figure 6. Les 5 premiers chiffres sont le code de l'étiquette électronique et les « ins » sont le code de l'étiquette électronique. bit est la commande d'action exécutée par l'AGV au niveau de l'étiquette correspondant aux 5 premiers chiffres. Le code est codé en fonction de sa fonction, comme indiqué dans le tableau 2. Lorsque l'AGV se déplace de la station de départ gs à la station cible ge, il se déplace dans l'ordre de sortie de la station, de déplacement sur le trajet et d'entrée dans la station. Le Lecteur RFID continue de lire les informations de l'étiquette au sol et les transmet au système de contrôle du véhicule. Exécutez les instructions séquentiellement en fonction des conditions pour terminer la tâche de planification. La condition est que les informations de l'étiquette actuellement lues soient cohérentes avec le bit de codage de l'étiquette de l'instruction à exécuter.

2.4.1 Commande d'action de sortie de station

R1 représente l'ensemble des instructions d'action du poste de travail. Si l'AGV sort de la station par la gauche, ajoutez '00', '01' et « 05 » respectivement après le codage de l'étiquette avec les bits « pro » de « 09 », « 08 » et « 03 » dans la ligne S de S1, sinon ajoutez « 00 », « 02 » et « 05 » respectivement après avoir codé les étiquettes dont les bits « pro » sont « 09 », « 08 » et « 07 » dans la ligne S de S1, et utilisez-les comme 1er, 2nd et 3ème dans R1 en séquence. instructions d'action.

2.4.2 Instructions d'action de chemin

Déterminez les instructions d'action en fonction du bit « pro » pour les balises b1 dans r1 respectivement. R2 représente l'ensemble d'instructions d'action de chemin et la figure 7 montre son processus de jugement.

2.4.3 Commande d'action d'entrée au poste de travail

R3 représente l'ensemble des instructions d'action du poste de travail. L'AGV entre dans le poste de travail par la gauche et ajoute « 06 », « 07 » et « 04 » respectivement après les codes d'étiquette de '05', '07', '06' et '09' dans la position 'pro' de la ligne e de S1. , '08' ; sinon, ajouter '06', '07', '03', '08' respectivement après le codage d'étiquette de '05', '03', '04' et '09' dans la ligne. Et séquentiellement comme les 1ère, 2ème, 3ème et 4ème instructions dans R3.

3. Résultats des tests et analyse

Sélectionnez les stations 12, 13, 17 et 18 pour les tests. Le codage des étiquettes est illustré à la figure 8. Les deux premiers chiffres sont la coordonnée x, les 3e à 4e chiffres sont la coordonnée y, les 5e à 6e chiffres représentent les attributs, les 7e à 8e chiffres sont les numéros de ligne où ils se trouvent, et les deux derniers chiffres sont liés à celui-ci. Numéro de station.

Le programme de commande d'action du véhicule a été écrit en VC++6.0, et un modèle de voiture basé sur l'architecture ARM et intégré au module d'identification par radiofréquence RC522 a été sélectionné comme objet de test. La figure 9 montre le diagramme de fonctionnement réel du véhicule après la pose des lignes de guidage et le placement des étiquettes. Le test montre que le véhicule peut terminer la tâche de répartition comme prévu. La figure 10 montre la méthode de guidage consistant à écrire des instructions d'action dans la balise. L'AGV exécute des actions telles que l'accélération et la décélération en exécutant les instructions de la balise. Étant donné que les informations de commande internes des balises au sol ont été déterminées après le placement, le véhicule ne peut effectuer qu'une certaine action fixe lors du passage de chaque balise. La méthode de guidage est relativement simple et présente une faible flexibilité.

Sélectionnez différentes stations de départ et stations cibles à combiner, représentant différentes tâches de planification. En C++6.0, les résultats de chaque opération sont présentés dans la figure 11. Les 10 premiers chiffres de chaque instruction d'action sont les codes des balises électroniques et les deux derniers bits indiquent l'action effectuée par l'AGV sur la balise.

Les itinéraires de conduite des tâches 1 et 2 sont respectivement 20→22→24, 20→22→21→18. L'AGV a dépassé l'étiquette 4610012200. Il n'y a aucune instruction correspondant à cette étiquette dans la tâche 1. L'AGV n'exécute aucune instruction ici. La ligne 22 continue tout droit et entre dans la ligne 24 ; la commande correspondant à cette étiquette dans la tâche 2 est 461001220002, et les deux derniers chiffres « 02 » indiquent que l'AGV recule et tourne à droite ici, entrant dans la ligne 21 à partir de la ligne 22. La comparaison montre : l'AGV exécute uniquement l'instruction au niveau de l'étiquette qui répond aux conditions d'exécution de l'instruction d'action.

Les itinéraires de conduite des tâches 3 et 4 sont respectivement 24→21→16→14, 24→21→18. Les AGV sont tous passés par l'étiquette 4722012100. Dans la tâche 3, la commande correspondante de l'AGV sur cette étiquette est 472201210002, et les deux derniers chiffres « 02 » représentent L'AGV recule et tourne à droite ici, et entre dans la ligne 16 à partir de la ligne 21 ; la commande correspondant à cette étiquette dans la tâche 4 est 472201210001, et les deux derniers chiffres « 01 » indiquent que l'AGV recule et tourne à gauche ici, et entre dans la ligne 18 à partir de la ligne 21. La comparaison montre : L'AGV peut exécuter différentes instructions sur la même étiquette lors de l'exécution de différentes tâches, ce qui augmente la flexibilité de conduite.

4 Résumé

Cet article utilise des étiquettes électroniques comme identification de localisation, et les instructions d'action sont générées par des algorithmes en fonction de tâches spécifiques et stockées dans le système de contrôle du véhicule, de sorte que le véhicule peut exécuter différentes instructions d'action lors du passage de la même étiquette électronique lors de différentes tâches, compensant ainsi la méthode traditionnelle de navigation, l'itinéraire de conduite est fixe et les instructions exécutées au niveau de l'étiquette sont uniques. Cette méthode résout le problème du guidage du véhicule sur des trajets complexes, améliore la flexibilité de conduite et l'utilisation de l'étiquette, et présente une certaine valeur d'application.