RFID-tehnoloogial põhineva automaatselt juhitavate sõidukite positsioneerimise ja juhtimise disaini üksikasjalik selgitus

0 Eessõna

Automaatselt juhitavate sõidukite (AGV) puhul on objektide käsitsemisel juhtimine ja positsioneerimine peamised uurimisvaldkonnad. Tavaliselt kasutatavate juhtimismeetodite hulka kuuluvad magnetiline juhtimine [1], visuaalne juhtimine [2], laserjuhtimine [3] jne. Positsioneerimismeetodite hulka kuuluvad QR-koodi positsioneerimine [4], RFID-raadiosagedustuvastusega positsioneerimine [5], ultraheli positsioneerimine jne. Nende hulgas on magnetilise juhtimisega magnetribasid lihtne paigaldada, nende teed on lihtne muuta, raadiosagedustuvastust ei ole kerge saastata ning see ei sega heli ja valgust. Seetõttu kasutatakse RFID-tehnoloogiat integreerivaid magnetilise juhtimisega AGV-sid laialdaselt automatiseeritud tootmises ja transpordis.

Paljud teadlased on RFID-tehnoloogiat magnetilise juhtimise valdkonnas uurinud. Gu Jiawei jt [6] rakendasid AGV navigatsiooni, kirjutades siltide numbrid ja liikumisjuhtimise parameetrid elektroonilistele siltidele. Li Ji [7] kasutas RFID-toega positsioneerimist ja horisontaalseid magnetribasid sõiduki pööramiseks, parkimiseks ja muudeks toiminguteks. Luo Yujia [8] fikseeris AGV pöörderežiimi ja kasutas siltide teavet 90° ja 180° pöörete saavutamiseks.

Suurem osa ülalmainitud kirjandusest kirjutab tegevusjuhised elektroonilistesse siltidesse. Kuna juhiste teave salvestatakse ühekaupa, on siltide kasutusmäär madal. Kui tegelik tee on keeruline, tuleb paigutada rohkem silte, mis ei soodusta tee planeerimist ja juhtimist. Varasemate uuringute põhjal on käesoleva artikli eesmärk lahendada AGV juhtimisprobleem keerulistel radadel ja pakkuda välja sõiduki tegevuskäskude algoritm. Tegevuskäsud genereeritakse vastavalt ajastamisülesandele ja salvestatakse sõiduki juhtimissüsteemi. Silte kasutatakse ainult asukoha tuvastamiseks, et parandada sõiduki sõidupaindlikkust.

1. Sõidukaardi modelleerimine

1.1 Kaardi koostis

Kaart koosneb juhtmagnetribadest ja tööjaamadest, nagu on näidatud joonisel 1. Neid kahte tähistavad vastavalt jooned ja ristkülikud. g tähistab tööjaama, kogus on h ja see on nummerdatud valemi (1) järgi (number joonisel väikese ristküliku paremal küljel), seega saab tööjaamade komplekti väljendada järgmiselt: G = {g1, g2, g3,..., gh}. l tähistab joont ja number on n. On sätestatud, et horisontaalsete ja vertikaalsete joonte numbrid tuleks esitada vastavalt paaris- ja paaritute arvudena ning nummerdada valemi (2) järgi (numbrid joonisel ringides). Joonekomplekt on L={l1, l2,..., ln}.

Selle artikli rakendusstsenaariumi põhjal on sätestatud, et AGV sõidab tagurpidi, välja arvatud juhul, kui kahvel liigub töökohale sisenemisel ettepoole, ning see aeglustab liinide ristmikel ja töökohale sisenemisel.

1.2 Elektroonilise sildi paigutus

1.2.1 Tööjaamadega seotud siltide paigutus

Joonisel 2 tähistavad pi1, pi2,..., pi7 elektroonilise sildi asukohta. Joonis 2(a) näitab, kuidas AGV liigub otse ja siseneb töökohale gi vasakult. On ette nähtud aeglustada vastavalt pi3, pi5, pi4 ja pi7 juures, vahetada tagurpidi sõidult edasiliikumisele, edasiliikumine, paremale pööramine ja peatumine. Joonis 2(b) näitab AGV taandumist ja vasakule pööramist töökohast väljumiseks. See taandub otse, taandub ja pöörab vasakule ning kiirendab vastavalt kiirustel pi7, pi6 ja pi1. AGV sisenemine ja väljumine töökoha paremalt küljelt on sarnane selle sisenemise ja väljumisega vasakult küljelt. Defineerige pik kui k-ndat silti (k∈{1, 2,...,7}), mis on seotud töökohaga gi, mis on paigutatud joonisel 2 näidatud viisil. Selle koostist esindab maatriks S1 järgmiselt:

1.2.2 Joone sildi paigutus

Asetage iga rea mõlemasse otsa kaks elektroonilist silti. Sja tähistab a-ndat silti real lj, a={1, 2, 3, 4}. On sätestatud, et Sj1, Sj2, Sj3 ja Sj4 on paigutatud järjestikku lj-l koordinaattelje positiivses suunas ning joonelõik Sj1 ja Sj4 vahel on joone lj ulatus. Sõiduk täidab Sj1 ja Sj4 juures pööramiskäsklusi, et siseneda teistele joontele, ning täidab Sj2 ja Sj3 juures kiirendus- või aeglustuskäsklusi, et kiirendada lj sisenemisel ja aeglustada lj-lt lahkumisel. Kõigi joonte sildid on esitatud maatriksiga S2, mis on näidatud võrrandis (4). Kõigi siltide paigutus lõplikul kaardil on näidatud joonisel 3.

2. Toimingukäsu algoritm

Esmalt kodeerige sildid, seejärel määrake iga sildi edastamise järjekord vastavalt ajastamisteele ja lõpuks genereerige toimingukäsud siltide sortimise põhjal.

2.1 Elektrooniliste siltide kodeerimine

KodeerimineElektroonilise sildi vorming on näidatud joonisel 4, kus x ja y tähistavad sildi koordinaate kaardil, „pro” tähistab atribuuti, st toimingujuhiste tüüpi, mida sõiduk saab sildil täita, „line” tähistab joont ja „sit” näitab vastava töökoha numbrit. Vastavalt AGV sõidurežiimile liinil on Sj1 ja Sj4 „pro” bitt „01”, mis tähendab pööramist, ning Sj2 ja Sj3 „pro” bitt on „02”, mis tähendab kiirendust ja aeglustust. Sja „line” bitt on liini number j ja „sit” bitti tähistab null. Sildi pik „pro” bitt on tabelis 1 esitatud vastavalt sellele, kuidas AGV jaama siseneb ja sealt väljub. „Joone” bitt on joone number, kus asub pi1, ja „sit” bitt on sellega seotud jaama number i.

2.2 Tee loomine ja valik

Nende hulgast tähistab w teed ja arv on m (m≥m0). Seejärel saab kõigist teedest koosneva maatriksi avaldada kujul W = [w1, w2,..., wm]T. ltx tähistab tee wt x-ndat rida, kus wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, eeldades, et rida kuulub t-ndasse teele. Suurim arv on n1, siis W on m×n1 järgu maatriks. Kui ridade arv on väiksem kui n1, siis ebapiisavat osa tähistab 0 ja teemaatriksit esindab võrrand (6):

2.3 Teemärgiste sortimismeetod ajastamiseks

Kahe ühendatud joone siltide puhul tähistatakse esimest ja teist rida vastavalt lu ja lv-ga. Lu sildid on Su1, Su2, Su3 ja Su4 ning lv sildid on Sv1, Sv2, Sv3 ja Sv4. r0 tähistab siltide järjestust lu-st lv-ni. Eeldame, et Su1 koordinaadid on (x1, y1) ja Sv1 koordinaadid on (x2, y2). Kahe koordinaadi võrdlemisel saab järeldada lu ja lv suhtelise asukoha seose:

Esimene juhtum: x1》x2, y1》y2, nagu on näidatud joonisel 5(a) ja joonisel 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

Teine juhtum: x1》x2, y1》y2, kui lu on paaritu arv, siis r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, mis vastab joonisele 5(c); vastasel juhul r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, mis vastab joonisele 5(d). Samamoodi saab järeldada r0 elementide paigutust muudel juhtudel.

Tee wβ jaoks valige esmalt iga rea sildid vastavalt võrrandile (4) ja seejärel paigutage need järjekorras, milles sõidukid läbivad iga sildi teel. Sammud on järgmised:

(1) Vaatleme lβ1 ja lβ2 vastavalt esimese ja teise reana ning määrake nende asukoha seos koordinaatide seose põhjal. Sorteerige vastavalt kahe rea sildi sortimisreeglile ja asetage sorteeritud tulemused massiivi r1;

(2) Käsitlege lβ2 ja lβ3 vastavalt sortimise esimese ja teise reana ning lisage lβ3 sildi sortimistulemus massiivi r1;

(3) Paiguta ridade lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif sildid sarnaselt sammuga (2).

Kustuta r1-s sildid, mis pole läbinud lj1 ja lj2 vastavalt sellele, kuidas AGV tööjaama siseneb ja sealt väljub. Sel ajal tähistab r1 elementide arvu b1.

2.4 Toimingujuhised

Toimingukäsu vorming on näidatud joonisel 6. Esimesed 5 numbrit on elektroonilise sildi kood ja 'ins' bitt on toimingukäsklus, mille AGV täidab sildil, mis vastab esimesele viiele numbrile. Kood kodeeritakse vastavalt oma funktsioonile, nagu on näidatud tabelis 2. Kui AGV liigub algjaamast gs sihtjaama ge, liigub see jaamast väljumise, marsruudil liikumise ja jaama sisenemise järjekorras. RFID-lugeja jätkab maapealse sildi teabe lugemist ja edastab selle sõiduki juhtimissüsteemile. Täitke juhiseid järjestikku vastavalt tingimustele, et ajastamisülesanne lõpule viia. Tingimuseks on, et praegu loetav sildi teave oleks kooskõlas täidetava käsu sildi kodeerimisbitiga.

2.4.1 Jaamast väljumise toimingukäsklus

R1 tähistab tööjaama toimingukäskude komplekti. Kui AGV väljub jaamast vasakult, lisage '00', '01' ja vastavalt '05' pärast silti, mis on kodeeritud 'pro' bittidega '09', '08' ja '03' S1 reas S, vastasel juhul lisage vastavalt '00', '02' ja '05' pärast siltide kodeerimist, mille 'pro' bitid on '09', '08' ja '07' S1 reas S, ning kasutage neid esimese, teisena.nd ja 3. R1-s järjekorras. Toimingujuhised.

2.4.2 Tee toimingujuhised

Määrake toimingujuhised vastavalt r1 b1 siltide "pro" bitile. R2 tähistab tee toimingujuhiste komplekti ja joonis 7 näitab selle otsustusprotsessi.

2.4.3 Tööjaama sisenemise toimingukäsk

R3 tähistab tööjaama toimingujuhiste komplekti. AGV siseneb tööjaama vasakult ja liidab "06", "07" ja "04". vastavalt koodide '05', '07', '06' ja '09' järele S1 rea e 'pro' positsioonis. '08' vastasel juhul lisage rea koodide '05', '03', '04' ja '09' järele vastavalt '06', '07', '03', '08'. Ja järjestikku nagu 1., 2., 3. ja 4. käsk R3-s.

3. Testi tulemused ja analüüs

Testimiseks vali jaamad 12, 13, 17 ja 18. Märgistuse kodeering on näidatud joonisel 8. Esimesed kaks numbrit on x-koordinaat, 3. kuni 4. number on y-koordinaat, 5. kuni 6. number tähistavad atribuute, 7. kuni 8. number on liininumbrid, kus need asuvad, ja kaks viimast numbrit on sellega seotud. Jaama number.

Sõiduki tegevusjuhtimise programm kirjutati VC++6.0 keeles ja testimisobjektiks valiti ARM-arhitektuuril põhinev ja RC522 raadiosagedusliku tuvastamise mooduliga integreeritud mudelauto. Joonis 9 näitab sõiduki tegeliku tööskeemi pärast juhtjoonte paigaldamist ja siltide paigutamist. Test näitab, et sõiduk suudab lähetusülesande ootuspäraselt täita. Joonis 10 näitab juhtimismeetodit, mille kohaselt kirjutatakse toimingujuhised sildile. AGV täidab toiminguid, nagu kiirendus ja aeglustus, täites sildil olevaid juhiseid. Kuna maapealsete siltide sisemine käsklusteave on pärast paigutamist kindlaks määratud, saab sõiduk iga sildi möödumisel täita ainult teatud fikseeritud toimingu. Juhtimismeetod on suhteliselt lihtne ja vähese paindlikkusega. Valige kombineerimiseks erinevad lähtejaamad ja sihtjaamad, mis esindavad erinevaid ajastamisülesandeid. C++6.0-s on iga toimingu tulemused näidatud joonisel 11. Iga toimingujuhise esimesed 10 numbrit on elektroonilise sildi koodid ja kaks viimast bitti näitavad toimingut, mille AGV sildil teeb.

Ülesannete 1 ja 2 sõidumarsruudid on vastavalt 20→22→24, 20→22→21→18. AGV on möödunud sildist 4610012200. Ülesandes 1 sellele sildile vastavat käsku pole. AGV ei täida siin ühtegi käsku. Rida 22 jätkab otse liikumist ja siseneb reale 24; sellele sildile vastav käsk ülesandes 2 on 461001220002 ja kaks viimast numbrit "02" näitavad, et AGV tagurdab ja pöörab siin paremale, sisenedes realt 22 reale 21. Võrdlus näitab: AGV täidab ainult selle sildi käsku, mis vastab tegevuskäsu täitmistingimustele.

Ülesannete 3 ja 4 sõidumarsruudid on vastavalt 24→21→16→14, 24→21→18. Kõik AGV-d läbisid sildi 4722012100. Ülesandes 3 on AGV vastav käsk sellel sildil 472201210002 ja kaks viimast numbrit "02" tähistavad, et AGV tagurdab siin ja pöörab paremale ning siseneb realt 21 reale 16; sellele sildile vastav käsk ülesandes 4 on 472201210001 ja kaks viimast numbrit "01" näitavad, et AGV tagurdab siin ja pöörab vasakule ning siseneb realt 21 reale 18. Võrdlus näitab: AGV saab erinevate ülesannete täitmisel täita samal sildil erinevaid juhiseid, suurendades sõidu paindlikkust.

4 Kokkuvõte

See artikkel kasutab asukoha tuvastamiseks elektroonilisi silte ning toimingujuhised genereeritakse algoritmide abil vastavalt konkreetsetele ülesannetele ja salvestatakse sõiduki juhtimissüsteemi, et sõiduk saaks erinevate ülesannete ajal sama elektroonilise sildi läbimisel täita erinevaid toimingujuhiseid, mis korvab traditsioonilise navigatsioonimeetodi, kus sõidumarsruut on fikseeritud ja sildil täidetavad juhised on üksikud. See meetod lahendab sõiduki juhtimise probleemi keerulistel radadel, parandab sõidu paindlikkust ja siltide kasutamist ning omab teatud rakendusväärtust.