CN115617001A - 一种环形轨道rgv集群调度*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及RGV集群调度，具体涉及一种环形轨道RGV集群调度***，包括向量地图模块、上位机通信模块、下位机通信模块、任务管理模块和集群调度模块；向量地图模块，以向量地图文件为基础，初始化后获得站点属性表，并在运行过程中实时更新站点状态信息；上位机通信模块，与上位机***进行通信，获取上位机***下发的执行任务，构建任务缓冲；下位机通信模块，与***内部所有注册RGV进行通信，获取RGV运行状态和参数信息，同时接收集群调度模块发送的任务指令表，并下发至对应的RGV控制***；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的与车载控制***之间的通信交互缺乏规范、不具备并发模式，以及难以进行功能扩展的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及RGV集群调度，具体涉及一种环形轨道RGV集群调度***。
背景技术
在生产和物流领域，封闭空间如产线边库、临时库、原材料或半成品仓库内部，各种原材料、半成品和成品的搬运非常频繁。在空间较为宽裕的场合中，AGV等智能搬运机器人可以在地面上穿梭于产线各工位、仓库出库口和入库口之间。但对于空间较为狭窄的场合，或者存在其他限制条件使得AGV不能使用的情况下，则可利用狭长空间铺设环线型穿梭轨道(简称环形轨道)，连通产线各工位、仓库出库口和入库口，用一种可在环形轨道上穿梭的RGV来进行货物搬运，是一种非常好的货物搬运方案。
目前，虽然理论上环形轨道RGV在仓储物流领域中的用途很大，但实际中存在以下几个问题：
1、调度端和车载控制***之间的通信交互缺乏规范
各厂家使用自定义的通信交互协议和规范来实现调度端和车载控制***之间的实时交互，用以控制RGV的调度。但是，这种多样化的通信交互协议是反标准化的，不利于企业进行***模块化施工、升级和替换，因此一旦A厂家倒闭，B厂家要想要接手资产是非常困难的，甚至需要推翻原来的整个***，费时费力；
2、缺少并发模式的集群调度***
当一个封闭空间内存在多个智能机器人时，都会出现协同运行的情况。基于效率和安全性考虑，这就要求在调度层面采用并发模式的集群调度***，而目前大多数***提供商采用单车专任于一个或几个片区，多车多片区不重叠的方案，这种方案虽然规避了集群调度中潜在的交通死锁问题，但牺牲了效率；
3、功能扩展(重点是与第三方***协同和联动)难
由于现实所需，环形轨道RGV集群调度***仍然需要与第三方***或其他智能设备对接，实现***间的协同和联动。现存单车调度***自成体系，缺乏***间数据交换与通信交互的必要规范，因此难以进行功能扩展，导致业务流程复杂化，进而使***整体可靠性、可用性遇到瓶颈。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种环形轨道RGV集群调度***，能够有效克服现有技术所存在的与车载控制***之间的通信交互缺乏规范、不具备并发模式，以及难以进行功能扩展的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种环形轨道RGV集群调度***，包括向量地图模块、上位机通信模块、下位机通信模块、任务管理模块和集群调度模块；
向量地图模块，以向量地图文件为基础，初始化后获得站点属性表，并在运行过程中实时更新站点状态信息；
上位机通信模块，与上位机***进行通信，获取上位机***下发的执行任务，构建任务缓冲；
下位机通信模块，与***内部所有注册RGV进行通信，获取RGV运行状态和参数信息，同时接收集群调度模块发送的任务指令表，并下发至对应的RGV控制***；
集群调度模块，对RGV运行状态和参数信息、执行任务进行汇总，并根据站点状态信息、RGV运行状态和参数信息和执行任务调用任务管理模块生成任务指令表，将任务指令表发送至下位机通信模块；
任务管理模块，管理任务缓冲区中每个执行任务的生存周期。
优选地，所述向量地图模块在初始化时载入向量地图文件，将向量地图文件中的数据映射至内存中，并在运行过程中实时更新站点状态信息。
优选地，所述上位机通信模块获取第三方***下发的任务信息报文，并解析出任务信息报文类型。
优选地，所述上位机通信模块在启动后采用TCP通信协议，在预定的网络端口上进行监听，基于内置标准的RGV任务数据交换协议与第三方***进行通信。
优选地，所述下位机通信模块在启动后与各RGV控制***建立高频通信通道，并以并发模式与各RGV控制***进行通信，获取RGV运行状态和参数信息。
优选地，所述集群调度模块基于任务缓冲区中各执行任务的优先级生成对应的任务指令表，并进行择优选车。
优选地，所述集群调度模块针对搬运任务进行择优选车的过程包括：
S1、将车辆位置和各站点映射至RGV环形轨道模型中；
S2、可用的多辆RGV均处于空闲状态时，则选取距离取货站点最近的RGV；
S3、可用的多辆RGV均处于运行状态，且执行任务为移动任务时，则根据正常航速和减速距离能否到达取货站点选取RGV；
S4、可用的多辆RGV均处于运行状态，且执行任务中有搬运任务时，则确定距离当前搬运任务对应的取货地点最近的放货站点，并选取正在执行该放货站点对应搬运任务的RGV；
其中，对于S2-S4三种情况，优先考虑处于空闲状态的RGV，再考虑执行移动任务的RGV，最后考虑执行搬运任务的RGV。
优选地，所述任务缓冲区中的执行任务，包括为了配合其他RGV运行而必须避让的移动任务，以及根据实际业务相关的搬运任务。
优选地，还包括初始化模块，所述初始化模块读入其他各模块的配置信息，为各模块的启动和运行做好准备；
所述初始化模块最先启动，并在***正常运行后将***控制权移交至集群调度模块，所述集群调度模块作为***主控模块一直运行下去。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种环形轨道RGV集群调度***，具有以下有益效果：
1)提出一种可靠的环形轨道RGV集群调度实现路线
基于可靠性和效率考虑，总结出以向量地图文件、RGV运行状态和参数信息、任务缓冲区为核心的集群调度***框架，并设计出一种可同时调度多辆RGV在环形或其他几何图形的轨道上安全运行的集群调度控制算法，结合上位机通信模块、下位机通信模块等，构建一套便于与第三方***对接的环形轨道RGV集群调度***；
2、利用标准的RGV任务数据交换协议实现功能扩展
现实场景中，RGV集群调度***需要与MES(制造执行***)、WMS(仓库管理***)、WCS(仓库控制***)、ERP(企业资源计划***)等第三方***保持实时通信联动，本***通过内置标准的RGV任务数据交换协议的上位机通信模块，规避了与各种第三方***通信时的繁杂处理，从基础层面实现了多***联动等功能扩展；
3、利用标准信息域定义任务、指令模型，实现多厂家RGV实时对接协议规范化
实时对接协议确定了标准信息域，但不限于具体的物理形式，允许厂家在满足标准信息域的基础上，根据自身特点定制对接协议，RGV可直接在***网络中联机、上线、下线等，不再需要通过底层协议商讨、仿真、实测、修改、再实测等极其繁琐又耗时的阶段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的***示意图；
图2为本发明中RGV环形轨道模型的示意图；
图3为本发明中标准信息域指令模型的示意图；
图4为本发明中下位机通信模块与RGV控制***通信交互的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，RGV自身带有扫码设备，通过扫描印有二维码的条带，可实时获知当前位置信息(其数值从1开始，单位：毫米)。联合轨道起点(图中的1001)、圆弧半径(r)和长直轨长度(l)、短直轨长度(h)，则可映射成笛卡尔直角坐标系，其中轨道起点坐标：(2r,0)，其他任意点的坐标可参考圆弧半径(r)、长直轨长度(l)和短直轨长度(h)计算。
图2中黑点表示站点(其中大部分是仓储站位)，RGV需要精准停在这些位置上，在仓储站位执行取货和/或放货动作。站点及相邻站点的关系需要明确定义：站点本身需具有可用/占用状态以及功能属性，相邻站点则意味着RGV的运动方向。
基于RGV环形轨道模型及实际功能，定义地图文件如表1、表2所示：
表1RGV环形轨道模型的站点属性表
| 属性名称 | 数据类型 | 用途说明 | 值说明 |
| ID | UINT32 | 站点编号 | 由客户现场实际编码约定 |
| Code | STR40 | 站点代码 | 由上位机***约定 |
| x,y | UINT32 | 横、纵坐标 | 运行时计算得出 |
| ADJ | UINT32 | 相邻下一个站点的编号 | 指向下一站点的站点编号 |
| Func | UINT32 | 站点功能属性 | 1:取，2：放，3：取放，4维修 |
| Line_ID | UINT32 | 隶属路径线 | 向量地图文件中有定义的 |
表2RGV环形轨道模型的路段属性表
所有向量地图元素(站点和路段)数据必须存入一个xml格式的文件(也可以用ini、json或其他文本类格式文件)中。
一种环形轨道RGV集群调度***，如图1所示，包括向量地图模块、上位机通信模块、下位机通信模块、任务管理模块和集群调度模块；
向量地图模块，以向量地图文件为基础，初始化后获得站点属性表，并在运行过程中实时更新站点状态信息；
上位机通信模块，与上位机***进行通信，获取上位机***下发的执行任务，构建任务缓冲；
下位机通信模块，与***内部所有注册RGV进行通信，获取RGV运行状态和参数信息，同时接收集群调度模块发送的任务指令表，并下发至对应的RGV控制***；
集群调度模块，对RGV运行状态和参数信息、执行任务进行汇总，并根据站点状态信息、RGV运行状态和参数信息和执行任务调用任务管理模块生成任务指令表，将任务指令表发送至下位机通信模块；
任务管理模块，管理任务缓冲区中每个执行任务的生存周期。
①向量地图模块在初始化时载入向量地图文件，将向量地图文件中的数据(主要针对表1和表2)映射至内存中，并在运行过程中实时更新站点状态信息。
更新站点状态信息：在***运行时，任务存在唯一性，同一取货站点为不会同时存在两个取货任务，故启用站点状态锁(Sitelock)来控制：初始状态为0，***接收到一个搬运任务后将对应取货站点的站点状态锁设置为1，取货完成后站点状态锁设置为0，当前搬运任务对应取货站点的站点状态锁已为1时，无法锁定此搬运任务，延后执行。
②上位机通信模块获取第三方***下发的任务信息报文，并解析出任务信息报文类型。
上位机通信模块在启动后采用TCP通信协议，在预定的网络端口上进行监听，基于内置标准的RGV任务数据交换协议与第三方***进行通信。
上位机通信模块获取第三方***下发的任务信息报文(以JSON为例)，解析出新增任务、修改任务、删除任务、查询任务等报文类型。本***对上位机***下发执行任务的信息域(Field)定义如下：
表3一般执行任务的信息域
环形轨道RGV支持的几种任务类型及对任务参数的要求如下表所示：
表4环形轨道RGV任务类型表
执行任务自创建至执行结束，期间状态及说明如下表所示：
表5执行任务的任务状态表
③任务缓冲区中的执行任务，包括为了配合其他RGV运行而必须避让的移动任务，以及根据实际业务相关的搬运任务。
上位机通信模块会持久接收上位机***下发的执行任务，并实时存入任务缓冲区。为实现对执行任务的有效管理，本申请设计一套交互式报文，指令的具体实现形式不作约束(可以是JSON、XML或二进制数据流等)，每个指令要求有1个或多个信息域(Field)。
本***对指令模型的定义如图3所示，指令模型包括指令类型(Cmd_Type)和多个键值对组成的信息域。其中，键值对中的键名(Param)就是表2中的各项目。指令类型的各类型详述如下：
1)上位机***给RGV集群调度***发送新增任务(Cmd_Type：insert)
本指令是上位机***给RGV集群调度***下达任务，并要求RGV集群调度***回复，具体要求如下表所示：
表6新增任务指令的信息域要求表
其中，RGV集群调度***给上位机***的回复中Code键用于指示处理结果，如果为0，则表示正常处理；如果非0，则表示错误码，同时要求Msg键必须有说明。
2)上位机***给RGV集群调度***发送取消任务(Cmd_Type:cancel)
本指令是上位机***要求RGV集群调度***取消指定的任务，并要求RGV集群调度***回复，具体要求如下表所示：
表7取消任务指令的信息域要求表
3)上位机***给RGV集群调度***重发任务(Cmd_Type:update)
本指令是上位机***给RGV集群调度***的已有任务进行位置更改下达任务，并要求RGV集群调度***回复，具体要求如下表所示：
表8重发任务指令的信息域要求表
4)上位机***查询RGV集群调度***中的任务缓冲区(Cmd_Type:select)
本指令是上位机***要求RGV集群调度***回传暂存于任务缓冲区中各执行任务的完整信息，具体要求如下表所示：
表9查询任务指令的信息域要求表
5)RGV集群调度***给上位机***反馈任务状态(Cmd_Type:feedback)
本指令是RGV集群调度***向上位机***反馈新增任务指令、取消任务指令、重发任务指令、查询任务指令对应的结果，以及任务完成或异常等情况，主动向上位机***回报，具体要求如下表所示：
表10反馈任务指令的信息域要求表
④下位机通信模块在启动后与各RGV控制***建立高频通信通道，并以并发模式与各RGV控制***进行通信，获取RGV运行状态和参数信息。
下位机通信模块主要实现两大功能：RGV集群调度***对RGV的实时状态查询(1号功能码)、下发任务指令表(2号功能码)：
1)实时状态查询(Func_Code：0x01)
由RGV集群调度***向指定RGV下发的查询指令，仅需2个信息域：目标RGV_ID和功能码。RGV控制***必须回应如下信息域：
表11RGV上报RGV运行状态和参数信息的信息域要求表
2)下发任务指令表(Func_Code：0x02)
下位机通信模块与RGV控制***通信交互如图4所示，其中任务执行结束有三种情况：正常完成、异常中止、手动取消。
3)车体控制(Func_Code：0x03)
鉴于调试、测试、校准和维护的需要，需要通过RGV集群调度***下达某些控制指令，实现某辆或某几辆RGV的移动、车载辊筒左右滚动等遥控操作，具体见下表：
表12车体控制的动作控制字表
| 控制字 | 车体动作 | 功能说明 |
| 0x01 | 车体前进 | 让RGV低速前进1秒，校准站位坐标用到 |
| 0x02 | 车体后退 | 让RGV低速后退1秒，校准站位坐标用到 |
| 0x03 | 辊筒左转 | 用于左侧输送线联动的对接测试 |
| 0x04 | 辊筒右转 | 用于右侧输送线联动的对接测试 |
| 0x05 | 左移进站 | 车体在横向轨道上左移进入维修站 |
| 0x06 | 右移进站 | 车体在横向轨道上右移进入维修站 |
| 0x07 | 左移出站 | 车体在横向轨道上左移进入环形轨道 |
| 0x08 | 右移出站 | 车体在横向轨道上右移进入环形轨道 |
| 0x09 | 数据更新 | 车载控制***任务数据更新 |
出于维护需要，需要将环形轨道内的某辆甚至某几辆RGV，在联机状态下，遥控车体进入维修站；在脱机状态下，需人工操控车体对应按钮推入维修站(维修站位置见图2的3007)，而其他正常RGV继续运行。相应地，在维修结束后要让RGV重返环形轨道继续运行，为此下达控制指令(见表12中的控制字：0x05、0x06、0x07、0x08)。
由于故障、误操作、掉电等原因，RGV控制***有时会丢失数据，导致RGV集群调度***暂存的任务数据与查询任务指令返回的任务数据(见表9)不一致，RGV集群调度***感知后下发控制命令予以更新(见表12中的0x09号控制字)。
⑤集群调度模块基于任务缓冲区中各执行任务的优先级生成对应的任务指令表，并进行择优选车。
集群调度模块针对搬运任务进行择优选车的过程包括：
S1、将车辆位置和各站点映射至RGV环形轨道模型(如图2所示)中；
S2、可用的多辆RGV均处于空闲状态时，则选取距离取货站点最近的RGV；
S3、可用的多辆RGV均处于运行状态，且执行任务为移动任务时，则根据正常航速和减速距离能否到达取货站点选取RGV(有的RGV车速过快，距离取货站点过近时，即使降速直至停车都有可能冲过取货站点)；
S4、可用的多辆RGV均处于运行状态，且执行任务中有搬运任务时，则确定距离当前搬运任务对应的取货地点最近的放货站点，并选取正在执行该放货站点对应搬运任务的RGV；
其中，对于S2-S4三种情况，优先考虑处于空闲状态的RGV，再考虑执行移动任务的RGV，最后考虑执行搬运任务的RGV。
集群调度模块按任务缓冲区中任务优先级(见表3中的“Prior”描述)顺序执行各搬运任务。基于效率考虑，会根据该搬运任务对应的取货站点，找出最快到达的可用RGV。
⑥本申请技术方案中，还包括初始化模块，初始化模块读入其他各模块的配置信息，为各模块的启动和运行做好准备；
初始化模块最先启动，并在***正常运行后将***控制权移交至集群调度模块，集群调度模块作为***主控模块一直运行下去。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：包括向量地图模块、上位机通信模块、下位机通信模块、任务管理模块和集群调度模块；
向量地图模块，以向量地图文件为基础，初始化后获得站点属性表，并在运行过程中实时更新站点状态信息；
上位机通信模块，与上位机***进行通信，获取上位机***下发的执行任务，构建任务缓冲；
下位机通信模块，与***内部所有注册RGV进行通信，获取RGV运行状态和参数信息，同时接收集群调度模块发送的任务指令表，并下发至对应的RGV控制***；
集群调度模块，对RGV运行状态和参数信息、执行任务进行汇总，并根据站点状态信息、RGV运行状态和参数信息和执行任务调用任务管理模块生成任务指令表，将任务指令表发送至下位机通信模块；
任务管理模块，管理任务缓冲区中每个执行任务的生存周期。
2.根据权利要求1所述的环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：所述向量地图模块在初始化时载入向量地图文件，将向量地图文件中的数据映射至内存中，并在运行过程中实时更新站点状态信息。
3.根据权利要求1所述的环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：所述上位机通信模块获取第三方***下发的任务信息报文，并解析出任务信息报文类型。
4.根据权利要求3所述的环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：所述上位机通信模块在启动后采用TCP通信协议，在预定的网络端口上进行监听，基于内置标准的RGV任务数据交换协议与第三方***进行通信。
5.根据权利要求1所述的环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：所述下位机通信模块在启动后与各RGV控制***建立高频通信通道，并以并发模式与各RGV控制***进行通信，获取RGV运行状态和参数信息。
6.根据权利要求1所述的环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：所述集群调度模块基于任务缓冲区中各执行任务的优先级生成对应的任务指令表，并进行择优选车。
7.根据权利要求6所述的环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：所述集群调度模块针对搬运任务进行择优选车的过程包括：
S1、将车辆位置和各站点映射至RGV环形轨道模型中；
S2、可用的多辆RGV均处于空闲状态时，则选取距离取货站点最近的RGV；
S3、可用的多辆RGV均处于运行状态，且执行任务为移动任务时，则根据正常航速和减速距离能否到达取货站点选取RGV；
S4、可用的多辆RGV均处于运行状态，且执行任务中有搬运任务时，则确定距离当前搬运任务对应的取货地点最近的放货站点，并选取正在执行该放货站点对应搬运任务的RGV；
其中，对于S2-S4三种情况，优先考虑处于空闲状态的RGV，再考虑执行移动任务的RGV，最后考虑执行搬运任务的RGV。
8.根据权利要求7所述的环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：所述任务缓冲区中的执行任务，包括为了配合其他RGV运行而必须避让的移动任务，以及根据实际业务相关的搬运任务。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的环形轨道RGV集群调度***，其特征在于：还包括初始化模块，所述初始化模块读入其他各模块的配置信息，为各模块的启动和运行做好准备；
所述初始化模块最先启动，并在***正常运行后将***控制权移交至集群调度模块，所述集群调度模块作为***主控模块一直运行下去。
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| CN117533724A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-02-09 | 江苏威尔赛科技有限公司 | 一种医院轨道智能物流*** |
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2022
- 2022-10-20 CN CN202211288679.XA patent/CN115617001A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116198891A (zh) * | 2023-02-22 | 2023-06-02 | 北自所(北京)科技发展股份有限公司 | 一种物流***、电子级玻纤织材制造***及供料方法 |
| CN117533724A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-02-09 | 江苏威尔赛科技有限公司 | 一种医院轨道智能物流*** |
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