基于动态平衡策略的自动化码头多AGV路径优化算法研究

对自动化集装箱码头AGV(automatic guided vehicle)自动运输系统路径规划算法和港口布局进行深入研究之后,针对岸桥与堆场之间路径规划中可能出现的冲突以及任务分配不均等问题,提出了基于动态平衡策略的自动化码头多AGV路径优化算法。通过对Dijkstra算法进行改进,在考虑路径距离的基础上,同时引入该路径上预计通过的AGV数量,实现了路径分配的动态平衡;提出了改进速度控制策略和重新规划路径控制策略,有效减少了冲突次数,且减少了道路堵塞率。建立了基于动态平衡策略与基于MAS(multi-agent system, MAS)的控制方式对比实验,结果表明该算法能有效求解500个任务以上的大规模任务分配问题,并且显著降低平均堵塞率0.000 8～0.005 5。此算法亦可应用于其他类型的码头布局中,进一步提高了码头水平运输效率。     

考虑冲突和拥堵的自动导引车调度与路径规划协同优化

针对自动化集装箱码头自动导引车（AGV）调度与无冲突路径规划问题,提出了AGV冲突拥堵解决策略以生成无冲突路径。首先,考虑堆场缓冲支架的容量,运行路径无拥堵、节点无冲突约束,以最大完工时间最小、AGV总行驶时间最短为目标建立两阶段混合整数规划模型;其次,设计改进的自适应遗传算法、基于冲突拥堵解决策略的迪杰斯特拉算法求得AGV调度方案与无冲突路径。算例分析结果表明：改进的自适应遗传算法相较遗传算法平均求解时间降低了13.56%,且目标函数平均差距率为9.01%;基于冲突拥堵解决策略相较停车等待策略使得水平运输区拥堵度降低67.6%,AGV等待时间减少66.7%。可见,所提算法求解质量高且速度快,同时验证了所提策略的有效性。     

自动化集装箱码头AGV配置与调度耦合问题研究

针对自动导引小车（Automated Guided Vehicle，AGV）数量偏多导致的自动化码头水平运输区域拥堵的情况，采用多学科变量耦合优化设计的方法对自动化码头AGV调度与AGV配置问题进行研究。先以最小化岸边等待时间为目标建立AGV调度模型，再以最小化AGV数量为目标建立AGV配置模型。并将完工时刻和AGV数量作为公用设计变量连接两个模型，建立了协调调度耦合模型。设计算例，利用遗传算法（Genetic Algorithm，GA）收敛速度快的特点对该耦合模型进行求解，经反复迭代计算后得出最优AGV数量与AGV调度方案。最后，扩大算例规模，设计9组实验，比较了GA、粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）和蚁群算法（Ant Colony Optimization，ACO）的求解结果，结果表明随着算例规模的增大，GA的求解能力更为突出，从而验证了设计的算法的可行性。     

集装箱码头设备配置与作业调度集成优化研究

合理配置与调度自动化集装箱码头岸桥、场桥和AGV(automated guided vehicle)等设备对提高码头作业效率,减少能耗具有重要意义.在集装箱码头缓冲区容量有限的条件下,结合AGV路径无冲突约束,建立了以最小化船舶在港时间和最小化总能耗为目标的多目标混合整数规划模型,并设计了双层遗传算法求解方法.以某市自...     

自动化仓库巷道网络AGV货区遍历优化——设计基于优先权遗传算法实现

针对自动化仓库、自动化车间及自动化码头等自动化局部物流存储系统仓库巷道网络中AGV（自动化导引车）对仓库货区遍历作业的路径优化问题,以搜索遍历所有货区的最短路径为目标,建立混合整数线性规划模型,并设计基于优先权的遗传算法求解。通过Matlab仿真实验分析比较算子性能,验证算法的有效性。     

多帧时间窗轮换算法规划仓储多AGV小车路径

针对在仓储环境中多AGV小车的路径规划问题,提出一种基于多帧时间窗轮换算法。所提算法运用A*寻路算法进行全局路径规划,得到多AGV小车的初始路径离散点的集合。通过在仓储环境岔路口设置多帧时间窗切换阈值,将小车的全局路径点集离散成多帧小窗体,在每个小窗体建立凸集特征最优目标障碍函数,引入小车的运动学约束和防碰撞最优超平面约束,将小车的各种约束参数化为多项式B样条曲线形式,采用牛顿迭代融合回溯直线法更新步长,解决下一帧时间窗多项式B样条曲线控制点的更新问题。最后通过实验测试表明,在满足所有约束的情况下实现多AGV小车的路径规划。     

基于禁忌搜索的多AGV系统路径优化算法

在多自动导引车（Automated Guided Vehicles,AGV）系统的路径规划中,构建AGV的拓扑结构地图模型,设计基于全局邻域搜索的禁忌算法,以高效准确地解决最短路径的组合优化问题,并进行不同规模算例下的分组实验,验证禁忌搜索算法对路径能耗属性、时间属性和路径负载均衡目标参数的优化效果,来提高多AGV系统的稳定性和高效性。     

面向自动化集装箱码头的AGV行驶时间估计

自动导引车(Automated Guided Vehicle, AGV)在自动化集装箱码头的水平运输中发挥了重要作用,对AGV行驶时间进行准确估计,有利于减少码头各作业环节的资源闲置,提高整体效率。针对AGV在自动化集装箱码头的行驶时间估计问题,提出了一种AGV行驶时间估计方法。首先,根据AGV的行驶模式将目标行驶路径切分为若干段,使用神经网络模型对其进行编码;其次,对该路径出发前后一段时间内的其他路径进行编码并将其作为环境信息,以通过模型预测其是否与目标路径发生冲突作为辅助任务;最后,综合两类信息对行驶时间进行估计。该方法引入了路径间冲突对时间估计造成的影响。基于自动化集装箱码头的历史数据的实验表明,相比AGV场景中常用的静态时间估计方法,所提方法能够将时间估计的误差降低18%以上,可以更准确地估计AGV的行驶时间。     

干扰约束下考虑分组作业面的岸桥AGV联合调度

为解决自动化码头海侧多阶段设备作业的协调问题,加快集装箱在码头内部的周转过程。考虑干扰约束下分组作业面的的岸桥自动导引小车（AGV）联合调度问题。以岸桥、AGV完工时间和AGV等待时间加权总和最小为目标,考虑岸桥实际操作中的干扰约束与AGV堵塞等待等情况,建立岸桥与AGV联合调度优化模型。提出岸桥动态调度与AGV分组作业面调度模式,设计不同规模的算例,并采用遗传算法（GA）进行求解,将计算结果与传统调度模式进行对比。结果表明,该算法能有效提高岸桥与AGV作业效率,降低AGV的等待时间与堵塞次数,为码头实际作业提供依据。     

仓储式多AGV系统的路径规划研究及仿真

对于自动导引车（Automated Guided Vehicle,AGV）的单机路径规划问题,已存在很多静态算法可以有效求解。但由于AGV间抢占系统资源的相互影响和制约,多AGV的协同作业会出现死锁、碰撞冲突等问题,静态路径规划算法无法满足实时动态作业的系统需求。智能仓储系统中,多AGV动态路径规划的核心问题不再仅是单AGV快速求解最优路径,而在于多AGV的冲突避免或解决,达到整体协调最优。拟采用两种思路解决上诉问题：一种方案是对最有效的静态算法进行改进,并引入动态机制和冲突解决策略以满足作业需求;另一种方案提出一种具备多步前瞻性的主动避障算法,优化路径并提前避开交通拥堵路段,减少冲突可能性和重新寻路代价。实验结果表明两种算法都具有良好的鲁棒性,可有效解决冲突,且后者可持续扩展AGV数量,具有更高的系统效率。     

紧致密集Auto Store系统AGV路径规划与避碰策略

针对新兴紧致密集仓储系统Auto Store具有短途挪库作业多、顶层AGV冲突多、货架结构性角落多等特点,提出一种离线-在线两阶段AGV优化调度方法。离线路径规划阶段,给出改进双层A*算法,在拓扑图建模划分搜索区域基础上,上层通过考虑冲突的启发式函数和考虑转弯的代价函数寻求可行区域,下层在此区域基础上搜索最优路径。在线AGV运行阶段,针对两AGV冲突,扩充了回退策略和路线重规划策略;针对多AGV冲突,提出一种基于贪心算法的区域避碰决策策略,以控制问题规模。最后利用Flexsim仿真进行了验证,结果表明,较于标准A*算法,改进A*算法能在保证搜索效率的同时获得冲突较少的初始路径方案;较于优先级策略,区域避碰策略能减少AGV等待时间;将二者相结合,能缩短整体作业完成时间,且随着AGV数量和作业任务增多,优势越明显。     

Dynamic Scheduling and Path Planning of Automated Guided Vehicles in Automatic Container Terminal

The uninterrupted operation of the quay crane (QC) ensures that the large container ship can depart port within laytime, which effectively reduces the handling cost for the container terminal and ship owners. The QC waiting caused by automated guided vehicles (AGVs) delay in the uncertain environment can be alleviated by dynamic scheduling optimization. A dynamic scheduling process is introduced in this paper to solve the AGV scheduling and path planning problems, in which the scheduling scheme determines the starting and ending nodes of paths, and the choice of paths between nodes affects the scheduling of subsequent AGVs. This work proposes a two-stage mixed integer optimization model to minimize the transportation cost of AGVs under the constraint of laytime. A dynamic optimization algorithm, including the improved rule-based heuristic algorithm and the integration of the Dijkstra algorithm and the Q-Learning algorithm, is designed to solve the optimal AGV scheduling and path schemes. A new conflict avoidance strategy based on graph theory is also proposed to reduce the probability of path conflicts between AGVs. Numerical experiments are conducted to demonstrate the effectiveness of the proposed model and algorithm over existing methods.      

基于时空网络的自动化集装箱码头自动化导引车路径规划

针对自动化集装箱码头水平搬运作业中自动化导引车路径冲突问题,提出一种基于时空网络的路径优化方法。对于单个运输需求,首先,将路网离散化为网格网络,设计依据时间可更新的时空网络;其次,以任务完工时间最短为目标,基于时空网络下可用路段集合来建立车辆路径优化模型;最后,在时空网络上运用最短路径算法求解得最短路径。对于多个运输需求,为避免路径冲突,根据当前运输需求的路径规划结果更新下一个运输需求的时空网络,并通过迭代最终获得满足规避碰撞和缓解拥堵条件的路径规划。计算实验中,与基本最短路径求解策略（求解算法P）相比,所提方法的碰撞次数降低为0并且最小相对距离始终大于安全距离;与停车等待求解策略（求解算法SP）相比,所提方法最多减少任务总延误时间24　s,且明显降低延误任务占比以及路网平均拥堵度,最大降低程度分别为2.25%和0.68%。实验结果表明,所提方法能够有效求解大规模冲突规避的路径规划问题,并显著提高自动化导引车的作业效率。     

基于时空A*算法的多AGV无冲突路径规划

物流中心作为快递转运的重要枢纽,其分拣效率在一定程度上影响着快递的配送时间.多台自动导引车(automatic guided vehicle,AGV)协同分拣能够大幅提高作业效率.本文研究了多AGV协同作业场景中的无冲突路径规划问题,在栅格地图建模环境的基础上,提出了基于冲突搜索的两层路径规划架构.冲突搜索与约束添加均...     

大规模AGV的改进时间窗路径规划

在机器人路径规划中,A*算法搜索路径时存在大量冗余节点,随着任务量增加,其搜索效率也会急剧下降,因此无法适应大规模任务下的路径规划。为此提出一种改进时间窗的有界次优A*算法用于求解大规模自动导引车（automatic guided vehicle,AGV）路径规划问题。算法使用时间启发式,并在搜索过程中采用时空搜索,规划无冲突的最优或次优路径。算法主要进行了三处改进：采用时间启发式,缩短了路径时间;采用动态时间窗算法,避免多次路径规划;优化了聚焦搜索算子,降低负反馈。通过MATLAB实验结果证明改进后的算法在进行多机器人路径规划时,能快速有效地规划出无冲突的平滑次优路径,搜索效率高,稳定性强。     

基于拓扑栅格建模的AGV路径规划算法优化

为解决不规则布局的智能制造车间中自动导引车(automated guided vehicle,AGV)的路径规划问题,提出一种实现AGV路径规划的双层环境建模方法,在此基础上对其路径规划算法进行有效改进,改进算法附加考虑路径的平滑度,提出模拟退火的种群选择方法。通过仿真实验验证,改进后的算法规划出的路径更加平滑,有效避免了传统遗传算法易陷入局部最优的缺陷。仿真实验还验证了改进算法的有效性区间,当障碍物栅格占全环境比小于等于40%时,改进算法比传统遗传算法有效,在此范围内,障碍物占比越高,算法有效性越好。     

基于时间窗的改进两阶段AGV路径规划研究

针对自动导引车(AGV)在仓储物流搬运系统中的路径冲突问题,提出了一种基于时间窗的改进两阶段动态路径规划方法.对原有两阶段路径规划方法进行改进,在离线情况下,将时间窗原理和Di-jkstra算法相结合,顺序规划出各个AGV的路径,采用改变AGV优先级的方法在线进行路径动态规划.通过仿真实验证明了改进后算法可以减少冲突的概率,有效地避免了AGV之间的碰撞,不仅具有很好的鲁棒性和柔性,而且可以提高系统效率.