คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการวางตำแหน่งยานพาหนะนำทางอัตโนมัติและการออกแบบการนำทางที่ใช้เทคโนโลยี RFID

0 คำนำ

สำหรับการขนย้ายวัตถุ AGV (รถนำทางอัตโนมัติ) การนำทางและการวางตำแหน่งเป็นส่วนสำคัญของการวิจัย วิธีการแนะนำที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ คำแนะนำแม่เหล็ก [1] คำแนะนำด้วยภาพ [2] คำแนะนำด้วยเลเซอร์ [3] ฯลฯ วิธีการระบุตำแหน่ง ได้แก่ การวางตำแหน่งรหัส QR [4] การระบุตำแหน่งการระบุความถี่วิทยุ RFID [5] การวางตำแหน่งอัลตราโซนิก ฯลฯ ในบรรดา แถบแม่เหล็กนำทางแม่เหล็กวางง่ายเปลี่ยนเส้นทางได้ง่าย การระบุความถี่วิทยุไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะปนเปื้อน และไม่รบกวนเสียงและแสง ดังนั้น AGV นำทางแบบแม่เหล็กที่รวมเทคโนโลยี RFID จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตและการขนส่งแบบอัตโนมัติ

นักวิชาการหลายคนได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยี RFID ในรูปแบบแม่เหล็ก กู่ เจียเว่ย และคณะ [6] ใช้การนำทาง AGV โดยการเขียนหมายเลขแท็กและพารามิเตอร์ควบคุมการเคลื่อนไหวในแท็กอิเล็กทรอนิกส์ Li Ji [7] ใช้การระบุตำแหน่งโดยใช้ RFID และใช้แถบแม่เหล็กแนวนอนในการเลี้ยวรถ การจอดรถ และการดำเนินการอื่นๆ Luo Yujia [8] แก้ไขโหมดการหมุนของ AGV และใช้ข้อมูลแท็กเพื่อให้หมุนได้ 90° และ 180°

วรรณกรรมที่กล่าวมาข้างต้นส่วนใหญ่เขียนคำแนะนำการดำเนินการไว้ในแท็กอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากบันทึกข้อมูลคำสั่งเดียว อัตราการใช้แท็กจึงต่ำ เมื่อเส้นทางจริงมีความซับซ้อน จำเป็นต้องจัดเรียงแท็กเพิ่มเติม ซึ่งไม่เอื้อต่อการวางแผนเส้นทางและคำแนะนำ จากการวิจัยก่อนหน้านี้ บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแก้ปัญหาการแนะนำของ AGV ภายใต้เส้นทางที่ซับซ้อน และเสนออัลกอริธึมคำสั่งการดำเนินการของยานพาหนะ คำสั่งการดำเนินการจะถูกสร้างขึ้นตามงานการกำหนดเวลาและบันทึกไว้ในระบบควบคุมยานพาหนะ แท็กนี้ใช้เป็นการระบุตำแหน่งเท่านั้นเพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่นในการขับขี่ของยานพาหนะ

1. การขับเคลื่อนการสร้างแบบจำลองแผนที่

1.1 องค์ประกอบแผนที่

แผนที่ประกอบด้วยแถบแม่เหล็กนำทางและเวิร์กสเตชัน ดังแสดงในรูปที่ 1 ทั้งสองแสดงด้วยเส้นและสี่เหลี่ยมตามลำดับ g แทนเวิร์กสเตชัน ปริมาณคือ h และกำหนดหมายเลขตามสูตร (1) (ตัวเลขทางด้านขวาของสี่เหลี่ยมเล็กๆ ในรูป) จากนั้นชุดเวิร์กสเตชันสามารถแสดงเป็น G = {g1 , g2, g3,..., gh} l แทนเส้นตรง และตัวเลขคือ n โดยกำหนดให้ตัวเลขเส้นแนวนอนและแนวตั้งควรแสดงด้วยเลขคู่และเลขคี่ตามลำดับและกำหนดหมายเลขตามสูตร (2) (ตัวเลขในวงกลมในรูป) ชุดบรรทัดคือ L={l1, l2,..., ln}

ตามสถานการณ์การใช้งานของบทความนี้ มีการกำหนดให้ AGV จะขับถอยหลัง ยกเว้นเมื่อทางแยกเคลื่อนไปข้างหน้าเมื่อเข้าสู่สถานีงาน และจะช้าลงที่ทางแยกของเส้นและเมื่อเข้าสู่สถานีงาน

1.2 เค้าโครงฉลากอิเล็กทรอนิกส์

1.2.1 การจัดวางฉลากที่เกี่ยวข้องกับเวิร์กสเตชัน

ในรูปที่ 2 pi1, pi2,..., pi7 แสดงถึงตำแหน่งของแท็กอิเล็กทรอนิกส์ รูปที่ 2(a) แสดงให้เห็นว่า AGV ตรงไปและเข้าสู่สถานีงาน gi จากด้านซ้าย โดยกำหนดให้ชะลอความเร็วที่ pi3, pi5, pi4 และ pi7 ตามลำดับ เปลี่ยนจากขับถอยหลังเป็นเดินหน้า เดินหน้า เลี้ยวขวา และหยุด รูปที่ 2(b) แสดง AGV กำลังถอยกลับและเลี้ยวซ้ายเพื่อออกจากสถานีงาน มันจะถอยตรง ถอยแล้วเลี้ยวซ้าย และเร่งความเร็วที่ pi7, pi6 และ pi1 ตามลำดับ ทางเข้าและทางออกของ AGV จากด้านขวาของเวิร์กสเตชันจะคล้ายกับทางเข้าและทางออกทางด้านซ้าย กำหนด pik เป็นเลเบล k-th (k∈{1, 2,...,7}) ที่เกี่ยวข้องกับเวิร์กสเตชัน gi ซึ่งจัดเรียงดังแสดงในรูปที่ 2 องค์ประกอบของมันถูกแสดงด้วยเมทริกซ์ S1 เป็น:

1.2.2 เค้าโครงฉลากเส้น

วางแท็กอิเล็กทรอนิกส์สองแท็กไว้ที่ปลายทั้งสองของแต่ละบรรทัด Sja แสดงถึงป้ายกำกับ a-th บนบรรทัด lj, a={1, 2, 3, 4} มีการกำหนดให้ Sj1, Sj2, Sj3 และ Sj4 จัดเรียงตามลำดับบน lj ตามทิศทางบวกของแกนพิกัด และส่วนของเส้นตรงระหว่าง Sj1 และ Sj4 คือพิสัยของเส้น lj ยานพาหนะดำเนินการคำสั่งการเลี้ยวที่ Sj1 และ Sj4 เพื่อเข้าสู่เส้นทางอื่นๆ และดำเนินการคำสั่งการเร่งความเร็วหรือการลดความเร็วที่ Sj2 และ Sj3 เพื่อเร่งความเร็วเมื่อเข้าสู่ lj และชะลอความเร็วเมื่อออกจาก lj ป้ายกำกับบนทุกบรรทัดแสดงด้วยเมทริกซ์ S2 ที่แสดงในสมการ (4) แผนผังของป้ายกำกับทั้งหมดในแผนที่สุดท้ายแสดงในรูปที่ 3

2. อัลกอริธึมคำสั่งการดำเนินการ

ขั้นแรกเข้ารหัสแท็ก จากนั้นกำหนดลำดับการส่งแต่ละแท็กตามเส้นทางการกำหนดเวลา และสุดท้ายสร้างคำแนะนำการดำเนินการตามการเรียงลำดับแท็ก

2.1 การเข้ารหัสฉลากอิเล็กทรอนิกส์

การเข้ารหัสรูปแบบของแท็กอิเล็กทรอนิกส์แสดงในรูปที่ 4 โดยที่ x และ y แทนพิกัดของแท็กในแผนที่ 'pro' แสดงถึงคุณลักษณะ กล่าวคือ ประเภทของคำสั่งการดำเนินการที่ยานพาหนะสามารถทำได้ที่ป้ายกำกับ 'เส้น' แทนเส้น และ 'นั่ง' ระบุหมายเลขเวิร์กสเตชันที่เกี่ยวข้อง ตามโหมดการขับขี่ของ AGV บนเส้น 'โปร' บิตของ Sj1 และ Sj4 คือ '01' ซึ่งหมายถึงการหมุน และ 'pro' บิตของ Sj2 และ Sj3 คือ '02' ซึ่งหมายถึงความเร่งและการชะลอตัว บิต 'line' ของ Sja คือหมายเลขบรรทัด j และบิต 'sit' จะแสดงด้วยศูนย์ 'โปร' บิตของป้ายกำกับ pik แสดงอยู่ในตารางที่ 1 ตามวิธีที่ AGV เข้าและออกจากสถานี 'บรรทัด' bit คือหมายเลขบรรทัดที่ pi1 ตั้งอยู่ และ 'sit' bit คือหมายเลขสถานีที่ฉันเกี่ยวข้อง

2.2 การจัดตั้งและการเลือกเส้นทาง

ในจำนวนนั้น w แสดงถึงเส้นทาง และตัวเลขคือ m (m≥m0) จากนั้นเมทริกซ์ที่ประกอบด้วยพาธทั้งหมดสามารถแสดงเป็น W = [w1, w2,..., wm]T ltx แสดงถึงบรรทัดที่ x ของเส้นทาง wt โดยที่ wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L โดยถือว่าบรรทัดรวมอยู่ใน t- เส้นทางที่ จำนวนมากที่สุดคือ n1 จากนั้น W คือเมทริกซ์ลำดับ m×n1 หากจำนวนบรรทัดน้อยกว่า n1 ส่วนที่ไม่เพียงพอจะถูกแทนด้วย 0 และเมทริกซ์พาธจะถูกแทนด้วยสมการ (6):

2.3 การจัดตารางเวลาวิธีการเรียงลำดับฉลากเส้นทาง

สำหรับป้ายกำกับบนสองบรรทัดที่เชื่อมต่อกัน บรรทัดแรกและที่สองจะแสดงด้วย lu และ lv ตามลำดับ ป้ายบน lu คือ Su1, Su2, Su3 และ Su4 และป้ายบน lv คือ Sv1, Sv2, Sv3 และ Sv4 r0 แทนลำดับป้ายกำกับจาก lu ถึง lv สมมติว่าพิกัดของ Su1 คือ (x1, y1) และพิกัดของ Sv1 คือ (x2, y2) เมื่อเปรียบเทียบพิกัดทั้งสอง ความสัมพันธ์ของตำแหน่งสัมพัทธ์ระหว่าง lu และ lv สามารถอนุมานได้:

กรณีแรก: x1》x2, y1》y2 ดังแสดงในรูปที่ 5(a) และรูปที่ 5(b), r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}

กรณีที่ 2: x1》x2, y1》y2 ถ้า lu เป็นเลขคี่ r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1} สอดคล้องกับรูปที่ 5(c); มิฉะนั้น r0={Su4 , Su3, Su2, Su1, Sv1, Sv2, Sv3, Sv4} สอดคล้องกับรูปที่ 5(d) ในทำนองเดียวกัน การจัดเรียงองค์ประกอบ r0 ในกรณีอื่นๆ ก็สามารถอนุมานได้

สำหรับเส้นทาง wβ ขั้นแรกให้เลือกป้ายกำกับในแต่ละบรรทัดตามสมการ (4) จากนั้นจัดเรียงตามลำดับที่ยานพาหนะจะผ่านแต่ละป้ายบนเส้นทาง ขั้นตอนมีดังนี้:

(1) พิจารณา lβ1 และ lβ2 เป็นบรรทัดแรกและบรรทัดที่สองตามลำดับ และกำหนดความสัมพันธ์ในตำแหน่งตามความสัมพันธ์ของพิกัด จัดเรียงตามกฎการเรียงลำดับป้ายกำกับสองบรรทัดและใส่ผลลัพธ์ที่เรียงลำดับในอาร์เรย์ r1

(2) ถือว่า lβ2 และ lβ3 เป็นบรรทัดแรกและบรรทัดที่สองตามลำดับสำหรับการเรียงลำดับ และเพิ่มผลการเรียงลำดับของป้ายกำกับ lβ3 ให้กับอาร์เรย์ r1

(3) จัดเรียงป้ายกำกับสำหรับบรรทัด lβ3, lβ4, lβ4, lβ5,..., jsj3-t6-s1.gif ในลักษณะคล้ายกับขั้นตอนที่ (2)

ลบแท็กใน r1 ที่ไม่ผ่าน lj1 และ lj2 ตามวิธีที่ AGV เข้าและออกจากเวิร์กสเตชัน ในเวลานี้ จำนวนองค์ประกอบใน r1 จะแสดงด้วย b1

2.4 คำแนะนำการดำเนินการ

รูปแบบคำสั่งการดำเนินการแสดงในรูปที่ 6 ตัวเลข 5 หลักแรกคือรหัสแท็กอิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องหมาย 'ins' bit คือคำสั่งการดำเนินการที่ดำเนินการโดย AGV ที่แท็กที่สอดคล้องกับตัวเลข 5 หลักแรก รหัสจะถูกเข้ารหัสตามฟังก์ชัน ดังแสดงในตารางที่ 2 เมื่อ AGV เดินทางจากสถานีเริ่มต้น gs ไปยังสถานีเป้าหมาย ge มันจะเคลื่อนที่ตามลำดับการออกจากสถานี การเดินทางบนเส้นทาง และเข้าสู่สถานี เครื่องอ่าน RFID ยังคงอ่านข้อมูลแท็กกราวด์และส่งไปยังระบบควบคุมรถยนต์ ดำเนินการตามคำแนะนำตามลำดับตามเงื่อนไขเพื่อให้งานการจัดกำหนดการเสร็จสมบูรณ์ เงื่อนไขคือข้อมูลแท็กที่อ่านอยู่ในปัจจุบันสอดคล้องกับบิตการเข้ารหัสแท็กของคำสั่งที่จะดำเนินการ

2.4.1 คำสั่งการดำเนินการออกจากสถานี

R1 แสดงถึงชุดคำสั่งการดำเนินการของเวิร์กสเตชัน หาก AGV ออกจากสถานีจากด้านซ้าย ให้เพิ่ม '00', '01' และ '05' ตามลำดับหลังจากป้ายกำกับเข้ารหัสด้วย 'pro' บิตของ '09', '08' และ '03' ในแถว S ของ S1 หรือเพิ่ม '00', '02' และ '05' ตามลำดับหลังจากเข้ารหัสแท็กที่มี 'pro' บิตคือ '09', '08' และ '07' ในแถว S ของ S1 และใช้มันเป็นอันที่ 1, 2และอันดับที่ 3 ใน R1 ตามลำดับ คำแนะนำการดำเนินการ

2.4.2 คำแนะนำการดำเนินการของเส้นทาง

กำหนดคำแนะนำการดำเนินการตามคำสั่ง 'pro' บิตสำหรับแท็ก b1 ใน r1 ตามลำดับ R2 แสดงถึงชุดคำสั่งการกระทำของเส้นทาง และรูปที่ 7 แสดงกระบวนการตัดสิน

2.4.3 คำสั่งการดำเนินการรายการสถานีงาน

R3 แสดงถึงชุดคำสั่งการดำเนินการของเวิร์กสเตชัน AGV เข้าสู่สถานีงานจากด้านซ้าย และเพิ่ม '06', '07' และ '04' ตามลำดับหลังรหัสป้ายกำกับ '05', '07', '06' และ '09' ในส่วน 'โปร' ตำแหน่งของแถว e ของ S1 , '08'; หรือเพิ่ม '06', '07', '03', '08' ตามลำดับหลังจากการเข้ารหัสป้ายกำกับ '05', '03', '04' และ '09' ในแถว และตามลำดับเป็นคำสั่งที่ 1, 2, 3 และ 4 ใน R3

3. ผลการทดสอบและการวิเคราะห์

เลือกสถานี 12, 13, 17 และ 18 เพื่อทำการทดสอบ การเข้ารหัสฉลากแสดงในรูปที่ 8 ตัวเลขสองตัวแรกคือพิกัด x ตัวเลขหลักที่ 3 ถึงหลักที่ 4 คือพิกัด y ตัวเลขหลักที่ 5 ถึงหลักที่ 6 แสดงถึงคุณลักษณะ ตัวเลขหลักที่ 7 ถึงหลักที่ 8 คือหมายเลขบรรทัดที่พวกมันอยู่ และตัวเลขสองตัวสุดท้ายก็สัมพันธ์กัน หมายเลขสถานี

โปรแกรมคำสั่งการกระทำของยานพาหนะเขียนด้วย VC++ 6.0 และเลือกรถจำลองที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM และบูรณาการเข้ากับโมดูลระบุความถี่วิทยุ RC522 เป็นวัตถุทดสอบ รูปที่ 9 แสดงแผนภาพการใช้งานจริงของยานพาหนะหลังจากวางเส้นบอกแนวและติดฉลากแล้ว การทดสอบแสดงให้เห็นว่ายานพาหนะสามารถดำเนินการจัดส่งได้ตามที่คาดไว้ รูปที่ 10 แสดงวิธีการแนะนำในการเขียนคำสั่งการดำเนินการลงในแท็ก AGV ดำเนินการต่างๆ เช่น การเร่งความเร็วและลดความเร็ว โดยดำเนินการตามคำแนะนำในแท็ก เนื่องจากข้อมูลคำสั่งภายในของแท็กกราวด์ถูกกำหนดหลังจากการวางตำแหน่งแล้ว ยานพาหนะจึงสามารถดำเนินการคงที่บางอย่างได้เมื่อส่งแต่ละแท็กเท่านั้น วิธีการแนะนำนั้นค่อนข้างง่ายและมีความยืดหยุ่นต่ำ

เลือกสถานีเริ่มต้นและสถานีเป้าหมายที่แตกต่างกันเพื่อรวมเข้าด้วยกัน ซึ่งแสดงถึงงานการจัดกำหนดการที่แตกต่างกัน ใน C++ 6.0 ผลลัพธ์ของการดำเนินการแต่ละครั้งจะแสดงในรูปที่ 11 ตัวเลข 10 หลักแรกของคำสั่งการดำเนินการแต่ละรายการคือรหัสแท็กอิเล็กทรอนิกส์ และบิตสองหลักสุดท้ายบ่งชี้ถึงการดำเนินการที่ทำโดย AGV บนแท็ก

เส้นทางการขับขี่ของภารกิจที่ 1 และ 2 คือ 20→22→24, 20→22→21→18 ตามลำดับ AGV ผ่านป้ายกำกับ 4610012200 แล้ว ไม่มีคำแนะนำที่เกี่ยวข้องกับป้ายกำกับนี้ในงานที่ 1 AGV ไม่ได้ดำเนินการตามคำแนะนำใดๆ ที่นี่ เส้น 22 ตรงไปเรื่อยๆ และเข้าสู่เส้น 24; คำสั่งที่สอดคล้องกับป้ายกำกับนี้ในงานที่ 2 คือ 461001220002 และตัวเลขสองหลักสุดท้าย '02' ระบุว่า AGV สำรองและเลี้ยวมาที่นี่ โดยเข้าสู่บรรทัด 21 จากบรรทัด 22 การเปรียบเทียบแสดงให้เห็น: AGV ดำเนินการคำสั่งที่แท็กที่ตรงตามเงื่อนไขการดำเนินการของคำสั่งการดำเนินการเท่านั้น

เส้นทางการขับขี่ของภารกิจ 3 และ 4 คือ 24→21→16→14, 24→21→18 ตามลำดับ AGV ทั้งหมดผ่านป้ายกำกับ 4722012100 ในงานที่ 3 คำสั่งที่เกี่ยวข้องของ AGV บนป้ายกำกับนี้คือ 472201210002 และตัวเลขสองหลักสุดท้าย '02' เป็นตัวแทนของ AGV สำรองและเลี้ยวขวาที่นี่ และเข้าสู่บรรทัด 16 จากบรรทัด 21 คำสั่งที่สอดคล้องกับป้ายกำกับนี้ในงานที่ 4 คือ 472201210001 และตัวเลขสองหลักสุดท้าย '01' ระบุว่า AGV ถอยหลังและเลี้ยวซ้ายที่นี่ และเข้าสู่บรรทัด 18 จากบรรทัด 21 การเปรียบเทียบแสดงให้เห็น: AGV สามารถดำเนินการคำสั่งที่แตกต่างกันบนป้ายเดียวกันเมื่อทำงานที่แตกต่างกัน ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการขับขี่

4 สรุป

บทความนี้ใช้แท็กอิเล็กทรอนิกส์เป็นการระบุตำแหน่ง และคำแนะนำในการดำเนินการถูกสร้างขึ้นโดยอัลกอริธึมตามงานเฉพาะและจัดเก็บไว้ในระบบควบคุมยานพาหนะ เพื่อให้ยานพาหนะสามารถดำเนินการตามคำแนะนำการดำเนินการที่แตกต่างกันเมื่อส่งแท็กอิเล็กทรอนิกส์เดียวกันระหว่างงานที่แตกต่างกัน ชดเชย แบบดั้งเดิม ในวิธีการนำทาง เส้นทางการขับขี่ได้รับการแก้ไขและคำแนะนำที่ดำเนินการบนป้ายจะเป็นเส้นทางเดียว วิธีการนี้ช่วยแก้ปัญหาการนำทางยานพาหนะภายใต้เส้นทางที่ซับซ้อน ปรับปรุงความยืดหยุ่นในการขับขี่และการใช้ฉลาก และมีคุณค่าในการใช้งานที่แน่นอน