多机器人运动冲突路径纠正系统研究_程晶晶.pdf
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1、2023.6电脑编程技巧与维护1概述在密集区域(例如,物流仓库区域)内布设多个移动机器人,并由这些移动机器人来完成搬运货物的任务,以替代人工劳动,是目前物联网领域的研究重点。为了避免密集区域中的多个移动机器人之间在作业时的碰撞,目前一般通过机器人运动路径分段来消除冲突,但容易导致机器人运行路径的冲突。为了解决上述问题,现有技术一般通过实时监督移动机器人的运动路径,在移动机器人即将出现冲突时,延迟其中一个移动机器人进入该冲突节点区域的时间来消除移动机器人在执行规划路径时的路径冲突及相碰撞的问题。现有技术中进行等待的移动机器人需要等待另一个移动机器人完全离开冲突节点区域之后才能够进入该冲突节点区域
2、,等待时间较长,一定程度上影响了移动机器人的工作效率12。因此,现有技术存在冲突的移动机器人运行时间延长导致影响移动机器人的工作效率的问题。2多机器人运动的冲突路径纠正系统设计系统结构框架如图1所示。一种多机器人运动的冲突路径纠正系统,设置数据处理模块,避免移动机器人在执行规划路径时的路径冲突,并对其中一个移动机器人进入冲突节点区域的走向和另一个机器人经过冲突节点区域的走向进行分析判断,在走向一致的情况下缩短进行等待的移动机器人在冲突节点区域前一节点区域内的停留时间,在不发生冲突的前提下,在某些情况下缩短了移动机器人的等待时间,提高了移动机器人的运输效率34。系统具备数据存储库、数据处理模块和
3、调控模块,其中,数据存储库与移动机器人通信连接,移动机器人在预设区域内移动,预设区域包括多个节点区域,数据存储库内存储有移动机器人编码、节点区域的尺寸、对应移动机器人的初始节点区域、目标节点区域、运行参数,以及初始节点区域和目标节点区域之间所有的可能路径。在实施过程中的数据存储库可直接根据初始节点区域和目标节点区域分析得出初始节点区域和目标节点区域之间所有的可能路径,数据存储库主要用于对上述数据进行分析,并对移动机器人进行实时更新并进行上传。基金项目:安徽高校自然科学研究项目重点项目移动机 器 人SLAM与 路 径 规 划 方 法 研 究(项 目 编 号 为KJ2020A1115);提质培优行
4、动计划项目:工业机器人技术示范性继续教育基地(项目编号为2020tzpy1801-3);安徽省教学研究项目:扩招背景下高职机电一体化专业人才培养应对路径研究与实践(项目编号为2020jyxm0308);安徽省教学研究项目:基于CDIO+MOOC的工业机器人专业 群“三 教 改 革”的 研 究 与 实 践(项 目 编 号 为2020jyxm0316);安徽省职业与成人教育学会研究规划课题:基于“知识+技能”的工业机器人双高专业群创新型技能拔尖人才培养研究(Azcj2021094);安徽省职业与成人教育学会研究规划课题:“互联网+”背景下新工科人才培养的产教融合协同模式研究人才培养研究以机电一体化
5、专业为例(项目编号为Azcj2021102)。作者简介:程晶晶(1988-),硕士,讲师,研究方向为机电一体化、智能控制。多机器人运动冲突路径纠正系统研究程晶晶(安徽机电职业技术学院,安徽 芜湖241000)摘要:多机器人运动冲突路径纠正系统,具备数据存储库、数据处理模块和调控模块,数据存储库内存储有移动机器人编码、节点区域的尺寸、对应移动机器人的初始节点区域、目标节点区域、运行参数、初始节点区域和目标节点区域之间所有的可能路径;数据处理模块通过数据处理得出初始规划路径和对应移动机器人的每个节点区域相应的运行占用时间,调控模块控制移动机器人按照初始规划路径和相应的运行占用时间运行,在不发生冲突
6、的前提下,在某些情况下缩短了移动机器人的等待时间,提高了移动机器人的运输效率。关键词:多机器人;运动冲突;路径纠正图1系统结构框架第1数据处理单元第2数据处理单元数据存储库移动机器人数据存储单元调控模块数据处理模块参数获取单元数据分析单元冲突监测单元冲突协调单元133DOI:10.16184/prg.2023.06.0272023.6电脑编程技巧与维护除此之外,数据处理模块用于对上述数据进行分析和处理得出具体的初始规划路径和移动机器人对应每个节点区域相应的运行占用时间,然后传输至调控模块,调控模块与数据处理模块通信连接且与移动机器人控制连接,调控模块获取移动机器人的初始规划路径和对应每个节点区
7、域的运行占用时间并控制移动机器人按照初始规划路径和相应的运行占用时间运行。在上述基础上,可能路径为以初始节点区域为首端节点区域、以目标节点区域为末端节点区域的节点区域合集,节点区域合集内相邻的两个节点区域在预设区域内均相连,移动机器人的运行参数包括移动机器人的运行速度和移动机器人当前所处的节点区域5。3移动机器人在预设区域内的路径如图2所示,假设移动机器人a的初始节点区域为节点区域1,目标节点区域为节点区域20,可能路径可以为(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)、(1、11、12、13、14、15、16、17、18、19),并且可能路径和初始规划路径均能够绕开预设区域内的障碍物,假设在
8、实际应用过程中,节点区域2内有障碍物,第1个可能路径则为(1、11、12、13、3、4、5、6、7、8、9、10)。系统的数据存储库包括第1数据处理单元和数据存储单元,数据存储单元与移动机器人通信连接,接收及存储移动机器人编码、节点区域的尺寸、对应移动机器人的初始节点区域、目标节点区域和运行参数;第1数据处理单元与数据存储单元通信连接,第1数据处理单元获取数据存储单元内存储的移动机器人的初始节点区域和目标节点区域数据,并采用A*算法计算得出初始节点区域和目标节点区域之间所有的可能路径。其中,A*算法是一种静态路网中求解最短路径有效且直接的搜索方法6,通过A*算法直接过滤了部分路径总长较大的可能
9、路径,便于数据处理模块直接对几种路径长度最短的可能路径筛选出初始规划路径。系统的数据处理模块为其主要设计,数据处理模块与数据存储库通信连接,数据处理模块用于获取每个移动机器人的可能路径和运行参数,以分析得出对应每个移动机器人的初始规划路径,以及分配给对应移动机器人对应每个节点区域相应的运行占用时间。数据处理模块具备冲突监测单元和冲突协调单元,冲突监测单元和冲突协调单元是消除冲突和缩短时间的主要设计单元。冲突监测单元用于当一个移动机器人对应初始规划路径所属的节点区域与另一移动机器人对应初始规划路径所属的节点区域相同时,判断两个移动机器人对应初始规划路径所属的节点区域对应的运行占用时间是否存在重合
10、;冲突协调单元用于根据冲突监测单元的监测结果标记对应节点区域为冲突节点区域,并重新为其中一个移动机器人分配对应冲突节点区域的运行占用时间,以及判断其中一个优先经过冲突节点区域的移动机器人经过冲突节点区域之后的走向和另一个移动机器人在进入冲突节点区域过程中的走向是否一致,并根据判断结果调整其中置后一个经过冲突节点区域的移动机器人分配对应冲突节点区域的运行占用时间。除此之外,数据处理模块还包括参数获取单元、第2数据处理单元和数据分析单元。参数获取单元与第1数据处理单元、数据存储单元通信连接,用于接收数据存储库内的移动机器人编码、节点区域的尺寸、对应移动机器人的初始节点区域、目标节点区域、运行参数,
11、以及初始节点区域和目标节点区域之间所有的可能路径;第2数据处理单元根据初始节点区域和目标节点区域之间所有的可能路径分析得出初始规划路径;数据分析单元根据节点区域的尺寸、初始规划路径和移动机器人的运行参数,计算出移动机器人对应每个节点区域的运行占用时间7。其中,第2数据处理单元根据初始节点区域位置逐次对对应移动机器人的初始规划路径进行处理分析,其初次进行处理分析时,选择移动机器人的可能路径中靠近预设区域内边缘位置的可能路径,并将其标记为移动机器人的初始规划路径8,之后逐次选择对应的移动机器人的可能路径中靠近第1个移动机器人的初始规划路径、且与第1个移动机器人的初始规划路径重合节点区域最少的可能路
12、径9,将其标记为移动机器人的初始规划路径。在实际应用过程中,针对初始节点区域为节点区域图2移动机器人a在预设区域内的可能路径1112131415121222324252313233343534142434445451525354555616263646567172737475781828384858919293949591020304050601342023.6电脑编程技巧与维护1112131415121222324252313233343534142434445451525354555616263646567172737475781828384858919293949591020304050
13、60110,目标节点区域为节点区域20的移动机器人,可能路径为(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)、(1、11、12、13、14、15、16、17、18、19),根据上述方法可直接将较靠近预设区域边缘部分的(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)标记为初始规划路径,如图3所示;假设一个移动机器人b的初始规划路径为(1、11、21、31、32、33、34、35、36、37),另一个移动机器人c的可能规划路径为(10、9、8、7、6、16、26、36、46、56)和(10、20、30、40、50、60、59、58、57、56),其中(10、9、8、7、6、16、26、36、46、56)
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