RFID teknolojisine dayalı otomatik güdümlü araç konumlandırma ve yönlendirme tasarımının ayrıntılı açıklaması

0 Önsöz

Otomatik güdümlü araç (AGV) nesne taşıma için, güdüm ve konumlandırma temel araştırma parçalarıdır. Yaygın olarak kullanılan güdüm yöntemleri arasında manyetik güdüm [1], görsel güdüm [2], lazer güdüm [3] vb. bulunur. Konumlandırma yöntemleri arasında QR kod konumlandırma [4], RFID radyo frekansı tanımlama konumlandırma [5], ultrasonik konumlandırma vb. bulunur. Bunlar arasında manyetik güdüm manyetik şeritleri döşenmesi kolaydır, yolları kolayca değiştirilebilir, radyo frekansı tanımlaması kirlenmesi kolay değildir ve ses ve ışıkla etkileşimi yoktur. Bu nedenle, RFID teknolojisini entegre eden manyetik güdüm AGV'leri otomatik üretim ve taşımacılıkta yaygın olarak kullanılmaktadır.

Birçok bilim insanı manyetik güdümdeki RFID teknolojisi üzerine araştırmalar yürütmüştür. Gu Jiawei ve diğerleri [6], elektronik etiketlere etiket numaraları ve hareket kontrol parametreleri yazarak AGV navigasyonunu uygulamıştır. Li Ji [7], RFID destekli konumlandırmayı kullandı ve araç dönüşünü, park etmeyi ve diğer eylemleri tamamlamak için yatay manyetik şeritler kullandı. Luo Yujia [8], AGV dönüş eylem modunu düzeltti ve 90° ve 180° dönüşleri elde etmek için etiket bilgilerini kullandı.

Yukarıda belirtilen literatürün çoğu, eylem talimatlarını elektronik etiketlere yazar. Kaydedilen tek talimat bilgisi nedeniyle, etiket kullanım oranı düşüktür. Gerçek yol karmaşık olduğunda, daha fazla etiketin düzenlenmesi gerekir ve bu da yol planlamasına ve rehberliğine elverişli değildir. Önceki araştırmalara dayanarak, bu makale AGV'nin karmaşık yollar altındaki rehberlik sorununu çözmeyi amaçlamaktadır ve bir araç eylem komutu algoritması önermektedir. Eylem komutları, planlama görevine göre üretilir ve araç kontrol sistemine kaydedilir. Etiketler yalnızca aracın Sürüş esnekliğini artırmak için konum tanımlaması olarak kullanılır.

1. Sürüş haritası modellemesi

1.1 Harita kompozisyonu

Harita, Şekil 1'de gösterildiği gibi kılavuz manyetik şeritlerden ve iş istasyonlarından oluşur. İkisi sırasıyla çizgiler ve dikdörtgenlerle gösterilir. g iş istasyonunu, nicelik h'yi temsil eder ve formül (1)'e göre numaralandırılır (şekildeki küçük dikdörtgenin sağ tarafındaki sayı), ardından iş istasyonu seti G = {g1, g2, g3,..., gh} olarak ifade edilebilir. l bir çizgiyi temsil eder ve sayı n'dir. Yatay ve dikey çizgi numaralarının sırasıyla çift sayılar ve tek sayılarla gösterilmesi ve formül (2)'ye göre numaralandırılması öngörülmüştür (şekildeki dairelerdeki sayılar). Hat seti L={l1, l2,..., ln}'dir.

Bu makalenin uygulama senaryosuna dayanarak, AGV'nin çatal iş istasyonuna girerken ileri hareket etmediği sürece geriye doğru gideceği ve hat kesişimlerinde ve iş istasyonuna girerken yavaşlayacağı öngörülmüştür.

1.2 Elektronik etiket düzeni

1.2.1 İş istasyonlarıyla ilgili etiketlerin yerleştirilmesi

Şekil 2'de, pi1, pi2,..., pi7 elektronik etiketin konumunu temsil eder. Şekil 2(a), AGV'nin düz gittiğini ve iş istasyonu gi'ye soldan girdiğini göstermektedir. Sırasıyla pi3, pi5, pi4 ve pi7'de yavaşlaması, geri sürüşten ileri, ileri, sağa dönmesi ve durması öngörülmüştür. Şekil 2(b), AGV'nin iş istasyonundan çıkmak için geri çekildiğini ve sola döndüğünü göstermektedir. Düz geri çekilir, geri çekilir ve sola döner ve sırasıyla pi7, pi6 ve pi1'de hızlanır. AGV'nin iş istasyonunun sağ tarafından girişi ve çıkışı, sol taraftan girişi ve çıkışına benzerdir. Pik'i, Şekil 2'de gösterildiği gibi düzenlenmiş olan iş istasyonu gi ile ilişkili k-inci etiket (k∈{1, 2,...,7}) olarak tanımlayın. Bileşimi S1 matrisi ile şu şekilde gösterilir:

1.2.2 Hat etiketi düzeni

Her bir hattın her iki ucuna iki elektronik etiket yerleştirin. Sja, lj satırındaki a-inci etiketi temsil eder, a={1, 2, 3, 4}. Sj1, Sj2, Sj3 ve Sj4'ün koordinat ekseninin pozitif yönü boyunca lj üzerinde ardışık olarak düzenlendiği ve Sj1 ile Sj4 arasındaki doğru parçasının lj doğrusunun aralığı olduğu varsayılır. Araç, diğer doğrulara girmek için Sj1 ve Sj4'te dönüş talimatlarını yürütür ve lj'ye girerken hızlanmak ve lj'den çıkarken yavaşlamak için Sj2 ve Sj3'te hızlanma veya yavaşlama talimatlarını yürütür. Tüm doğrulardaki etiketler, Denklem (4)'te gösterilen S2 matrisi ile temsil edilir. Son haritadaki tüm etiketlerin düzeni Şekil 3'te gösterilmiştir.

2. Eylem talimatı algoritması

Önce etiketleri kodlayın, ardından her bir etiketin zamanlama yoluna göre geçme sırasını belirleyin ve son olarak etiket sıralamasına göre eylem talimatları oluşturun.

2.1 Elektronik etiket kodlaması

KodlamaElektronik etiketin biçimi Şekil 4'te gösterilmiştir, burada x ve y etiketin haritadaki koordinatlarını, 'pro' niteliği, yani aracın etikette gerçekleştirebileceği eylem talimatlarının türünü, 'line' satırı ve 'sit' ilgili iş istasyonu numarasını belirtir. AGV'nin hat üzerindeki sürüş moduna göre, Sj1 ve Sj4'ün 'pro' biti '01'dir, bu da dönüş anlamına gelir ve Sj2 ve Sj3'ün 'pro' biti '02'dir, bu da hızlanma ve yavaşlama anlamına gelir. Sja'nın 'line' biti hat numarası j'dir ve 'sit' biti sıfırla gösterilir. 'pro' pik etiketinin biti, AGV'nin istasyona giriş ve çıkış şekline göre Tablo 1'de gösterilmiştir. 'line' biti, pi1'in bulunduğu hat numarasıdır ve 'sit' biti, buna bağlı i istasyon numarasıdır.

2.2 Yol oluşturma ve seçimi

Bunlardan w, yolu temsil eder ve sayı m'dir (m≥m0). Ardından, tüm yollardan oluşan matris W = [w1, w2,..., wm]T olarak ifade edilebilir. ltx, wt yolunun x. satırını temsil eder, burada wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L, satırın t-inci yolda dahil olduğu varsayılır En büyük sayı n1 ise, W bir m×n1 sıralı matristir. Satır sayısı n1'den azsa, yetersiz kısım 0 ile temsil edilir ve yol matrisi denklem (6) ile temsil edilir:

2.3 Yol etiketi sıralama yöntemini planlama

Herhangi iki bağlı satırdaki etiketler için, birinci ve ikinci satırlar sırasıyla lu ve lv ile temsil edilir. lu üzerindeki etiketler Su1, Su2, Su3 ve Su4'tür ve lv üzerindeki etiketler Sv1, Sv2, Sv3 ve Sv4'tür. r0, lu'dan lv'ye kadar olan etiket dizisini temsil eder. Su1'in koordinatlarının (x1, y1) ve Sv1'in koordinatlarının (x2, y2) olduğunu varsayalım. İki koordinatı karşılaştırarak, lu ve lv arasındaki göreli konum ilişkisi çıkarılabilir:

İlk durum: Şekil 5(a) ve Şekil 5(b)'de gösterildiği gibi x1》x2, y1》y2, r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

İkinci durum: x1》x2, y1》y2, eğer lu tek sayıysa, r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}, Şekil 5(c)'ye karşılık gelir; aksi takdirde r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}, Şekil 5(d)'ye karşılık gelir. Aynı şekilde, r0 elemanlarının diğer durumlardaki düzenlemesi de çıkarılabilir.

wβ yolu için, önce her satırdaki etiketleri Denklem (4)'e göre seçin ve sonra bunları araçların yoldaki her etiketten geçme sırasına göre düzenleyin. Adımlar şu şekildedir:

(1) lβ1 ve lβ2'yi sırasıyla birinci ve ikinci satırlar olarak ele alın ve bunların konumsal ilişkilerini koordinat ilişkisine göre belirleyin. İki satır etiketi sıralama kurallarına göre sıralayın ve sıralanmış sonuçları r1 dizisine koyun;

(2) lβ2 ve lβ3'ü sıralama için sırasıyla birinci ve ikinci satırlar olarak ele alın ve lβ3 etiketinin sıralama sonucunu r1 dizisine ekleyin;

(3) lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif satırlarının etiketlerini (2) adımına benzer şekilde düzenleyin.

AGV'nin iş istasyonuna giriş ve çıkış şekline göre lj1 ve lj2'den geçmemiş olan r1'deki etiketleri silin. Bu sırada r1'deki eleman sayısı b1 ile gösterilir.

2.4 Eylem talimatları

Eylem komutu formatı Şekil 6'da gösterilmiştir. İlk 5 hane elektronik etiket kodudur ve 'ins' biti AGV tarafından ilk 5 haneye karşılık gelen etikette yürütülen eylem komutudur. Kod, Tablo 2'de gösterildiği gibi işlevine göre kodlanır. AGV başlangıç istasyonu gs'den hedef istasyon ge'ye gittiğinde, istasyondan çıkma, yolda ilerleme ve istasyona girme sırasına göre hareket eder. RFID Okuyucu, zemin etiketi bilgilerini okumaya devam eder ve bunları araç kontrol sistemine iletir. Planlama görevini tamamlamak için koşullara göre talimatları sırayla yürütün. Koşul, şu anda okunan etiket bilgilerinin yürütülecek talimatın etiket kodlama bitiyle tutarlı olmasıdır.

2.4.1 İstasyondan çıkış eylem komutu

R1, iş istasyonu eylem talimatları kümesini temsil eder. AGV istasyondan soldan çıkarsa, etiket kodlamasından sonra sırasıyla '00', '08' ve '03' 'pro' bitleriyle '00', '08' ve '09; bitleriyle '00', '01' ve '05' ekleyin. S1'in S satırında, aksi takdirde S1'in S satırında 'pro' bitleri '09', '08' ve '07' olan etiketleri kodladıktan sonra sırasıyla '00', '02' ve '05' ekleyin ve bunları 1., 2. olarak kullanınR1'deki nd ve 3. sıradaki eylem talimatları.

2.4.2 Yol eylem talimatları

R1'deki b1 etiketleri için sırasıyla 'pro' bitine göre eylem talimatlarını belirleyin. R2, yol eylem talimat setini temsil eder ve Şekil 7, onun karar sürecini gösterir.

2.4.3 İş istasyonu giriş eylem komutu

R3, iş istasyonu eylem talimatları setini temsil eder. AGV, iş istasyonuna soldan girer ve '06', '07' ve '04' ekler sırasıyla S1'in e satırının 'pro' pozisyonundaki '05', '07', '06' ve '09' etiket kodlarından sonra, '08'; aksi takdirde, satırdaki '05', '03', '04' ve '09' etiket kodlamasından sonra sırasıyla '06', '07', '03', '08' ekleyin. Ve R3'teki 1., 2., 3. ve 4. talimatlar olarak sırayla.

3. Test sonuçları ve analiz

Test için 12, 13, 17 ve 18 numaralı istasyonları seçin. Etiket kodlaması Şekil 8'de gösterilmiştir. İlk iki basamak x koordinatı, 3. ila 4. basamaklar y koordinatı, 5. ila 6. basamaklar nitelikleri, 7. ila 8. basamaklar bunların bulunduğu satır numaralarını ve son iki basamak bunlarla ilişkilidir. İstasyon numarası.

Araç eylem komut programı VC++6.0'da yazılmıştır ve ARM mimarisine dayalı ve RC522 radyo frekansı tanımlama modülüyle entegre edilmiş bir model araba test nesnesi olarak seçilmiştir. Şekil 9, kılavuz çizgileri döşendikten ve etiketler yerleştirildikten sonra gerçek araç çalışma diyagramını gösterir. Test, aracın sevk görevini beklendiği gibi tamamlayabildiğini gösterir. Şekil 10, etikete eylem talimatları yazma kılavuz yöntemini gösterir. AGV, etiketteki talimatları yürüterek hızlanma ve yavaşlama gibi eylemleri tamamlar. Yerleştirmeden sonra yer etiketlerinin dahili komut bilgileri belirlendiğinden, araç her etiketi geçerken yalnızca belirli bir sabit eylemi tamamlayabilir. Kılavuz yöntemi nispeten basittir ve esnekliği düşüktür.

Birleştirilecek farklı başlangıç istasyonlarını ve hedef istasyonları seçin, farklı zamanlama görevlerini temsil eder. C++6.0'da, her işlemin sonuçları Şekil 11'de gösterilir. Her eylem talimatının ilk 10 hanesi elektronik etiket kodlarıdır ve son iki hanesi AGV'nin etiket üzerinde gerçekleştirdiği eylemi gösterir.

Görev 1 ve 2'nin sürüş rotaları sırasıyla 20→22→24, 20→22→21→18'dir. AGV 4610012200 etiketini geçmiştir. Görev 1'de bu etikete karşılık gelen bir talimat yoktur. AGV burada herhangi bir talimatı yürütmez. Satır 22 düz devam eder ve satır 24'e girer; görev 2'de bu etikete karşılık gelen komut 461001220002'dir ve son iki rakam '02' AGV'nin geri dönüp burada sağa dönerek 22. satırdan 21. satıra girdiğini gösterir. Karşılaştırma şunu gösterir: AGV yalnızca eylem talimatının yürütme koşullarını karşılayan etiketteki talimatı yürütür.

Görev 3 ve 4'ün sürüş rotaları sırasıyla 24→21→16→14, 24→21→18'dir. AGV'lerin hepsi 4722012100 etiketinden geçti. Görev 3'te, AGV'nin bu etiketteki karşılık gelen komutu 472201210002'dir ve son iki rakam '02' AGV'nin geri gidip buradan sağa dönmesini ve 21. satırdan 16. satıra girmesini temsil eder; görev 4'te bu etikete karşılık gelen komut 472201210001'dir ve son iki rakam '01' AGV'nin geri gidip buradan sola dönmesini ve 21. satırdan 18. satıra girmesini gösterir. Karşılaştırma şunu gösterir: AGV, farklı görevleri tamamlarken aynı etikette farklı talimatları yürütebilir ve bu da sürüş esnekliğini artırır.

4 Özet

Bu makale konum tanımlaması olarak elektronik etiketler kullanır ve eylem talimatları belirli görevlere göre algoritmalar tarafından üretilir ve araç kontrol sisteminde saklanır, böylece araç farklı görevler sırasında aynı elektronik etiketi geçtiğinde farklı eylem talimatlarını yürütebilir, geleneksel Navigasyon yönteminde sürüş rotası sabittir ve etikette yürütülen talimatlar tektir. Bu yöntem karmaşık yollarda araç kılavuzluğu sorununu çözer, sürüş esnekliğini ve etiket kullanımını iyileştirir ve belirli uygulama değerine sahiptir.