شرح تفصيلي لتحديد موقع السيارة الموجهة تلقائيًا وتصميم التوجيه بناءً على تقنية RFID

0 مقدمة

بالنسبة للتعامل مع الأشياء AGV (المركبة الموجهة تلقائيًا)، يعد التوجيه وتحديد المواقع من الأجزاء الرئيسية للبحث. تتضمن طرق التوجيه شائعة الاستخدام التوجيه المغناطيسي [1]، والتوجيه البصري [2]، والتوجيه بالليزر [3]، وما إلى ذلك. تتضمن طرق تحديد الموقع تحديد موضع رمز الاستجابة السريعة [4]، وتحديد موضع تحديد تردد الراديو RFID [5]، وتحديد الموقع بالموجات فوق الصوتية، وما إلى ذلك. من السهل وضع الشرائط المغناطيسية للتوجيه المغناطيسي، وسهلة تغيير المسارات، وليس من السهل تلويث تحديد الترددات الراديوية، وليس لها أي تداخل مع الصوت والضوء. ولذلك، يتم استخدام التوجيه المغناطيسي AGVs الذي يدمج تقنية RFID على نطاق واسع في الإنتاج والنقل الآلي.

أجرى العديد من العلماء أبحاثًا حول تقنية RFID في التوجيه المغناطيسي. قو جياوي وآخرون. [6] تم تنفيذ التنقل AGV عن طريق كتابة أرقام العلامات ومعلمات التحكم في الحركة في العلامات الإلكترونية. استخدم Li Ji [7] تحديد المواقع بمساعدة RFID واستخدم شرائط مغناطيسية أفقية لإكمال دوران السيارة وركنها وإجراءات أخرى. قام Luo Yujia [8] بإصلاح وضع حركة دوران AGV واستخدم معلومات العلامة لتحقيق دوران 90 درجة و180 درجة.

تكتب معظم الأدبيات المذكورة أعلاه تعليمات العمل في العلامات الإلكترونية. نظرًا لمعلومات التعليمات الفردية المحفوظة، يكون معدل استخدام العلامة منخفضًا. عندما يكون المسار الفعلي معقدًا، يلزم ترتيب المزيد من العلامات، وهو ما لا يفضي إلى تخطيط المسار وتوجيهه. بناءً على الأبحاث السابقة، تهدف هذه الورقة إلى حل مشكلة توجيه AGV في ظل مسارات معقدة وتقترح خوارزمية قيادة حركة المركبة. يتم إنشاء أوامر الإجراء وفقًا لمهمة الجدولة ويتم حفظها في نظام التحكم في السيارة. تُستخدم العلامات فقط لتحديد الموقع لتحسين مرونة قيادة السيارة.

1. نمذجة خريطة القيادة

1.1 تكوين الخريطة

تتكون الخريطة من شرائط توجيه مغناطيسية ومحطات عمل، كما هو موضح في الشكل 1. ويتم تمثيل الاثنين بخطوط ومستطيلات على التوالي. يمثل g محطة العمل، والكمية هي h، ويتم ترقيمها وفقًا للصيغة (1) (الرقم الموجود على الجانب الأيمن من المستطيل الصغير في الشكل)، ومن ثم يمكن التعبير عن مجموعة محطة العمل بـ G = {g1 ، g2، g3،...، gh}. يمثل l خطًا، والرقم هو n. ويشترط أن يتم تمثيل أرقام الخطوط الأفقية والرأسية بأرقام زوجية وأرقام فردية على التوالي وترقيمها حسب الصيغة (2) (الأرقام الموجودة في الدوائر في الشكل). مجموعة الخطوط هي L={l1, l2,..., ln}.

بناءً على السيناريو التطبيقي لهذه المقالة، يُشترط أن تسير AGV للخلف إلا عندما تتحرك الشوكة للأمام عند الدخول إلى محطة العمل، وسوف تتباطأ عند تقاطعات الخطوط وعند الدخول إلى محطة العمل.

1.2 تخطيط الملصق الإلكتروني

1.2.1 وضع الملصقات المتعلقة بمحطات العمل

في الشكل 2، pi1، pi2،...، pi7 تمثل موضع العلامة الإلكترونية. يوضح الشكل 2 (أ) أن AGV يسير بشكل مستقيم ويدخل إلى محطة العمل من اليسار. يُنص على التباطؤ عند pi3 وpi5 وpi4 وpi7 على التوالي، والتغيير من القيادة الخلفية إلى الأمام والأمام والانعطاف لليمين والتوقف. يوضح الشكل 2 (ب) تراجع AGV واتجه يسارًا للخروج من محطة العمل. إنه يتراجع بشكل مستقيم، ويتراجع ويتجه إلى اليسار، ويتسارع عند pi7، وpi6، وpi1 على التوالي. إن دخول وخروج AGV من الجانب الأيمن لمحطة العمل يشبه الدخول والخروج من الجانب الأيسر. حدد pik كتسمية k-th (k∈{1, 2,...,7}) المتعلقة بمحطة العمل gi، والتي يتم ترتيبها كما هو موضح في الشكل 2. ويتم تمثيل تكوينها بواسطة المصفوفة S1 على النحو التالي:

1.2.2 تخطيط تسمية الخط

ضع علامتين إلكترونيتين على طرفي كل سطر. يمثل Sja التسمية a-th على السطر lj, a={1, 2, 3, 4}. يُشترط أن يتم ترتيب Sj1 وSj2 وSj3 وSj4 بالتتابع على lj على طول الاتجاه الموجب لمحور الإحداثيات، ويكون الجزء الخطي بين Sj1 وSj4 هو نطاق الخط lj. تنفذ السيارة تعليمات الانعطاف عند Sj1 وSj4 للدخول إلى خطوط أخرى، وتنفذ تعليمات التسارع أو التباطؤ عند Sj2 وSj3 للتسارع عند الدخول إلى LJ والتباطؤ عند الخروج من LJ. يتم تمثيل التسميات الموجودة على جميع الأسطر بواسطة المصفوفة S2 الموضحة في المعادلة (4). يظهر تخطيط جميع التسميات في الخريطة النهائية في الشكل 3.

2. خوارزمية تعليمات العمل

قم أولاً بتشفير العلامات، ثم حدد ترتيب تمرير كل علامة وفقًا لمسار الجدولة، وأخيرًا قم بإنشاء تعليمات الإجراء بناءً على فرز العلامات.

2.1 ترميز الملصقات الإلكترونية

يظهر تنسيق ترميز العلامة الإلكترونية في الشكل 4، حيث يمثل x وy إحداثيات العلامة في الخريطة، ويمثل "pro" السمة، أي نوع تعليمات الإجراء التي يمكن للمركبة تنفيذها على الملصق ، يمثل "الخط" الخط، ويشير "الجلوس" إلى رقم محطة العمل ذات الصلة. وفقًا لوضع القيادة لـ AGV على الخط، فإن البت "pro" لـ Sj1 وSj4 هو "01"، وهو ما يعني الدوران، والبت "pro" لـ Sj2 وSj3 هو "02"، وهو ما يعني

التسارع والتباطؤ. بت "الخط" من Sja هو رقم السطر j، ويتم تمثيل بت "الجلوس" بالصفر. يتم تمثيل البت "المحترف" من علامة pik في الجدول 1 وفقًا للطريقة التي يدخل بها AGV إلى المحطة ويخرج منها. بت "الخط" هو رقم الخط الذي يقع فيه pi1، وبت "الجلوس" هو رقم المحطة المرتبطة به.

2.2 إنشاء المسار واختياره

من بينها، يمثل w المسار، والرقم هو m (m≥m0). ومن ثم يمكن التعبير عن المصفوفة المكونة من جميع المسارات بالصيغة W = [w1, w2,..., wm]T. يمثل ltx الخط x للمسار بالوزن، حيث wt={lt1, lt2,..., ltx,...}, t∈{1, 2,..., m}, ltx∈L، بافتراض الخط المضمن في t- المسار الرابع أكبر رقم هو n1، ثم W هي مصفوفة ترتيب m×n1. إذا كان عدد الأسطر أقل من n1، فإن الجزء غير الكافي يمثل بـ 0، وتمثل مصفوفة المسار بالمعادلة (6):

2.3 طريقة جدولة فرز تسميات المسار

بالنسبة للتسميات الموجودة على أي سطرين متصلين، يتم تمثيل السطرين الأول والثاني بـ lu وlv على التوالي. التسميات الموجودة على lu هي Su1 وSu2 وSu3 وSu4، والتسميات الموجودة على المستوى lv هي Sv1 وSv2 وSv3 وSv4. يمثل r0 تسلسل التسمية من lu إلى lv. افترض أن إحداثيات Su1 هي (x1, y1) وإحداثيات Sv1 هي (x2, y2). من خلال مقارنة الإحداثيات، يمكن استنتاج علاقة الموقع النسبي بين lu وlv:

الحالة الأولى: x1》x2, y1》y2، كما هو موضح في الشكل 5(أ) والشكل 5(ب)، r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}.

الحالة الثانية: x1》x2, y1》y2، إذا كان lu رقمًا فرديًا، r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}، الموافق للشكل 5(ج)؛ وإلا فإن r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4}، الموافق للشكل 5(د). وبنفس الطريقة يمكن استنتاج ترتيب عناصر r0 في حالات أخرى.

بالنسبة للمسار wβ، حدد أولاً التسميات على كل سطر وفقًا للمعادلة (4)، ثم رتبها بالترتيب الذي تمر به المركبات عبر كل تسمية على المسار. والخطوات هي كما يلي:

(1) اعتبر lβ1 وlβ2 كالخطين الأول والثاني على التوالي، وحدد العلاقة الموضعية بينهما بناءً على العلاقة الإحداثية. قم بالفرز وفقًا لقواعد فرز الملصقات المكونة من سطرين ثم ضع النتائج التي تم فرزها في المصفوفة r1؛

(2) تعامل مع lβ2 وlβ3 كالخطين الأول والثاني على التوالي للفرز، وأضف نتيجة الفرز للملصق lβ3 إلى الصفيف r1؛

(3) قم بترتيب التسميات للخطوط lβ3، lβ4، lβ4، lβ5،...، jsj3-t6-s1.gif بطريقة مشابهة للخطوة (2).

احذف العلامات الموجودة في r1 التي لم تمر عبر lj1 وlj2 وفقًا للطريقة التي يدخل بها AGV إلى محطة العمل ويخرج منها. في هذا الوقت، يتم تمثيل عدد العناصر في r1 بواسطة b1.

2.4 تعليمات العمل

يظهر شكل أمر الإجراء في الشكل 6. أول 5 أرقام هي رمز العلامة الإلكترونية، والبت "ins" هو أمر الإجراء الذي ينفذه AGV عند العلامة المقابلة للأرقام الخمسة الأولى. يتم ترميز الكود وفقًا لوظيفته، كما هو موضح في الجدول 2. عندما ينتقل AGV من محطة البداية gs إلى المحطة المستهدفة ge، فإنه ينتقل بترتيب الخروج من المحطة، والسير على المسار، والدخول إلى المحطة. يستمر قارئ RFID في قراءة معلومات العلامة الأرضية ويرسلها إلى نظام التحكم في السيارة. تنفيذ التعليمات بشكل تسلسلي حسب الشروط لإتمام مهمة الجدولة. الشرط هو أن تكون معلومات العلامة المقروءة حاليًا متوافقة مع بت ترميز العلامة للتعليمة المراد تنفيذها.

2.4.1 أمر عمل المحطة

يمثل R1 مجموعة تعليمات إجراء محطة العمل. إذا خرج AGV من المحطة من اليسار، أضف "00" و"01" و"05" على التوالي بعد ترميز الملصق باستخدام البتات "pro" من "09" و"08" و"03" في الصف S من S1، بخلاف ذلك، أضف "00" و"02" و"05" على التوالي بعد تشفير العلامات التي تكون بتاتها "pro" هي "09" و"08" و"07" في الصف S من S1، واستخدمها كالأول والثاني و المركز الثالث في R1 على التوالي. تعليمات العمل.

2.4.2 تعليمات عمل المسار

حدد تعليمات الإجراء وفقًا للبت "المحترف" لعلامات b1 في r1 على التوالي. يمثل R2 مجموعة تعليمات إجراء المسار، ويوضح الشكل 7 عملية الحكم الخاصة بها.

2.4.3 أمر إجراء دخول محطة العمل

يمثل R3 مجموعة تعليمات إجراء محطة العمل. يدخل AGV إلى محطة العمل من اليسار، ويضيف "06" و"07" و"04" على التوالي بعد رموز الملصقات "05" و"07" و"06" و"09" في "pro" موضع الصف e من S1. , '08'; بخلاف ذلك، قم بإضافة '06' و'07' و'03' و'08' على التوالي بعد ترميز التسمية '05' و'03' و'04' و'09' في الصف. وبالتسلسل مثل التعليمات الأولى والثانية والثالثة والرابعة في R3.

3. نتائج الاختبار والتحليل

اختر المحطات 12 و13 و17 و18 للاختبار. يظهر ترميز التسمية في الشكل 8. أول رقمين هما الإحداثي x، والأرقام من الثالث إلى الرابع هي الإحداثي y، والأرقام من الخامس إلى السادس تمثل السمات، والأرقام من السابع إلى الثامن هي أرقام الأسطر حيث توجد ، وآخر رقمين مرتبطان بـ

هو - هي. عدد محطة.

تمت كتابة برنامج قيادة عمل السيارة بلغة VC++6.0، وتم اختيار نموذج سيارة يعتمد على بنية ARM ومتكامل مع وحدة تحديد الترددات الراديوية RC522 ككائن اختبار. يوضح الشكل 9 مخطط التشغيل الفعلي للمركبة بعد وضع الخطوط الإرشادية ووضع الملصقات. يُظهر الاختبار أن السيارة يمكنها إكمال مهمة الإرسال كما هو متوقع. يوضح الشكل 10 طريقة التوجيه لكتابة تعليمات الإجراء في العلامة. يكمل AGV إجراءات مثل التسارع والتباطؤ عن طريق تنفيذ التعليمات الموجودة في العلامة. نظرًا لأنه تم تحديد معلومات الأمر الداخلي للعلامات الأرضية بعد وضعها، فلا يمكن للمركبة إكمال إجراء ثابت معين إلا عند تمرير كل علامة. طريقة التوجيه بسيطة نسبيا ولها مرونة ضعيفة.

حدد محطات انطلاق مختلفة ومحطات مستهدفة لدمجها، مما يمثل مهام جدولة مختلفة. في C++ 6.0، تظهر نتائج كل عملية في الشكل 11. أول 10 أرقام من كل تعليمات إجراء هي رموز العلامة الإلكترونية، ويشير الرقمان الأخيران إلى الإجراء الذي تم تنفيذه بواسطة AGV على العلامة.

مسارات القيادة للمهمتين 1 و2 هي 20 → 22 → 24، 20 → 22 → 21 → 18 على التوالي. لقد مرر AGV التسمية 4610012200. لا توجد تعليمات مقابلة لهذه التسمية في المهمة 1. ولا ينفذ AGV أي تعليمات هنا. يستمر الخط 22 في السير بشكل مستقيم ويدخل إلى الخط 24؛ الأمر المطابق لهذه التسمية في المهمة 2 هو 461001220002، ويشير الرقمان الأخيران "02" إلى أن AGV يقوم بالنسخ الاحتياطي ويستدير هنا، ويدخل السطر 21 من السطر 22. تظهر المقارنة: ينفذ AGV فقط التعليمات عند العلامة التي يفي بشروط تنفيذ تعليمات العمل.

مسارات القيادة للمهمتين 3 و4 هي 24→21→16→14، 24→21→18 على التوالي. مرت جميع AGVs عبر التسمية 4722012100. في المهمة 3، أمر AGV المقابل على هذه التسمية هو 472201210002، ويمثل آخر رقمين "02" AGV يتراجع ويتحول هنا، ويدخل السطر 16 من السطر 21؛ الأمر المطابق لهذه التسمية في المهمة 4 هو 472201210001، ويشير الرقمان الأخيران "01" إلى أن AGV يتراجع وينعطف يسارًا هنا، ويدخل السطر 18 من السطر 21. تظهر المقارنة: يمكن لـ AGV تنفيذ تعليمات مختلفة في نفس الوقت التسمية عند الانتهاء من المهام المختلفة، وزيادة مرونة القيادة.

4 ملخص

تستخدم هذه المقالة العلامات الإلكترونية لتحديد الموقع، ويتم إنشاء تعليمات الإجراء بواسطة خوارزميات وفقًا لمهام محددة وتخزينها في نظام التحكم في السيارة، بحيث يمكن للمركبة تنفيذ تعليمات عمل مختلفة عند تمرير نفس العلامة الإلكترونية أثناء مهام مختلفة، مما يعوض عن التقليدية في طريقة الملاحة، يكون مسار القيادة ثابتًا وتكون التعليمات المنفذة على الملصق فردية. تحل هذه الطريقة مشكلة توجيه السيارة في المسارات المعقدة، وتحسن مرونة القيادة واستخدام الملصقات، ولها قيمة تطبيقية معينة.