一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法，属于路径规划技术领域，其特征在于包括以下步骤：步骤S1：采用拓扑法创建智能车库中AGV的工作环境模型；步骤S2：按照不同评价标准，分别为每台AGV和每项存取车任务设定优先级；步骤S3：采用Dijkstra算法为接受任务的AGV规划最短可行路径；步骤S4：排布可行路径时间窗；步骤S5：根据冲突类型不同，设计冲突解决策略；步骤S6：利用基于动态时间窗的泊车系统路径规划算法为AGV规划无冲突最优路径。本发明专利技术采用分时利用策略，通过将Dijkstra算法和时间窗法进行有效结合，不仅可以有效解决目前多AGV路径规划柔性差、易出现死锁、碰撞冲突等问题，而且可以为接受任务的AGV规划出一条时间最短的无冲突优化路径。除此之外，本发明专利技术还可有效提高智能立体停车系统整体运行效率，降低社会人员存、取车等待时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动导引运输车(Automatic guided vehicle,简称AGV)路径规划
，具体涉及一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法。
技术介绍
近年来，随着国民经济的快速发展，我国汽车保有量急剧增加。根据公安部交管局公布数据显示，截止到2015年12月底，我国机动车保有量达2.79亿辆，同比去年增长约1500万辆，其中汽车保有量为1.72亿辆，约占总数的61.6％。在全国范围内，汽车保有量超百万辆的城市有40个，其中北京、成都、深圳、天津、上海、苏州、重庆、广州、杭州、郑州和西安等11个城市的汽车保有量超过200万辆。汽车保有量的急剧增加造成了城市交通拥挤、停车困难等社会问题，严重影响了市民的居住环境，因此，解决停车难已成为社会亟待解决的难题。而基于AGV的平面移动式智能立体停车库的出现，则很好地解决了这一难题。该智能立体停车库类似于自动仓储存储设备，通过AGV、升降电梯以及拖车板等设备协同作用来实现同层或不同层车辆存取停放功能，具有停车占地面积少、有效存车数量多、车辆存取自动化程度高、性价比高以及安全可靠性高等优点，可实现无人自动存取车、AGV自动充电以及车库自动计费等诸多功能。在该智能立体停车库中，由于其运行环境复杂多变，如何使系统中的AGV在有效避开路径资源竞争和冲突的前提下，在较短的时间内顺利完成车辆的存取停放任务，这就涉及到多AGV协同避障路径规划问题。路径规划是AGV导航技术的重要环节，它是指在具有障碍物的环境中，按照一定的评价标准(如最短距离、最少耗费时间、最少转弯次数以及最少能源消耗等)，寻找一条从起始位置到目标位置的最优或近似最优的无碰路径。由于单台AGV工作能力有限，难以完成复杂任务，因此，在智能立体停车库中，需要多台AGV共同完成车辆存取停放任务。多台AGV路径规划不同于单台AGV路径规划，单台AGV路径规划的本质是路径搜索问题，即在一张地图中搜索出起始点到目标点的路径，并使得某一性能指标最优。而多AGV路径规划则比单AGV路径规划复杂的多，在复杂多变的运行环境下，它不仅要为单台AGV搜索出一条从起点到目标点的优化路径，而且要避免AGV和周围环境障碍物以及其它AGV间发生冲突碰撞。除此之外，它还要完成多台AGV之间的协调，避免碰撞、死锁问题发生，以便使得多台AGV间通过协同作用顺利完成指定任务。针对多AGV路径规划问题，国内外相关学者已做了大量研究工作，并相继提出了多种有效方法，如模糊推理系统法、Petri网法、混合多目标遗传算法、分散控制法、时间窗法以及时间窗与其他启发式算法结合的路径规划方法等。上述方法虽然能解决多AGV路径规划问题，但其也存在诸多缺陷，如算法复杂计算量大、系统整体效率低、易于发生死锁和阻塞、难以获得全局最优解以及环境适应性和通用性差等。为解决智能立体停车库中多AGV存取车路径规划问题，避免路径搜索中出现死锁及碰撞冲突，改善现有算法的鲁棒性和柔性，提高智能立体停车系统整体运行效率，降低社会人员存、取车等待时间，本专利技术提出了一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法。本专利技术提出的一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法与乔徽等提出的一种基于时间窗的多机器人路径规划方法存在本质的区别。两者相同点均是在Dijkstra算法和时间窗法的基础上提出的，并将该融合算法用于解决生产实际问题。不同点在于：①在优先级方面，本专利技术以车辆编号大小、任务加载顺序、任务轻重缓急和距离最短为评价标准，分别为每台AGV和每项存取车任务设定了优先级。另外，对于路口冲突问题，又补充设置了距离优先级；而在乔徽提供的方法中，并未给出优先级的具体涉及对象范围及优先级评价标准；②在时间窗方面，本专利技术排布可行路径时间窗则采用时间窗初始化、时间窗更新以及时间窗安排三个步骤，对于时间窗更新则主要用于检查不同任务间可行路径的时间窗是否存在重叠现象和将已经清除或未被占用路段对应的时间窗加载至时间窗向量表中，时间窗排布程序的运算过程只与加载任务有关；而在乔徽提供的方法中，排布可行路径时间窗则只使用时间窗更新一个步骤完成，且时间窗的循环更新时间是固定的，其更新时间窗的目的是确定可行路径的时间窗排布；③冲突检测方面，本专利技术是综合AGV间的距离、运行路段长度以及AGV运行速度以及运行方向等因素，来解决冲突检测问题的；而在乔徽提供的方法中，它是通过判断所有有向边是否形成环，来解决冲突检测问题的；④在冲突解决策略方面，本专利技术根据冲突类型不同，设计了减速策略、等待策略和重新规划路径策略(该策略又包括局部路径规划策略和全局路径规划策略)，如对于交叉路口冲突和相向冲突中的可避免冲突，采用等待策略解决；对于相向冲突中的不可避免冲突，采用重新规划路径策略解决；对于赶超冲突，采用减速和等待策略来解决，也可根据实际需要，采用局部路径规划策略；而在乔徽提供的方法中，对于死锁中无解的机器人，它仅是记录其每条可行路径上的冲突短路径、冲突节点及冲突依赖关系，对被依赖最多的机器人给出预警；⑤在算法执行过程方面，两者有本质的区别，此区别可通过两种方法中的路径规划流程图可以看出。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对智能立体停车库中AGV存取车路径规划问题，在充分考虑多AGV协同避障以及环境时变性前提条件下，采用分时利用策略，通过将Dijkstra算法和时间窗法进行有效结合，提供一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法。本专利技术能有效避免死锁及碰撞问题，可保证规划路径最优，且在动态环境下具有较好的柔性。本专利技术通过如下技术方案实现其技术目的，一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法，包括如下步骤：步骤S1：采用拓扑法创建智能车库中AGV的工作环境模型；步骤S2：按照不同评价标准，分别为每台AGV和每项存取车任务设定优先级；步骤S3：采用Dijkstra算法为接受任务的AGV规划最短可行路径；步骤S4：排布可行路径时间窗；步骤S5：根据冲突类型不同，设计冲突解决策略；步骤S6：利用基于动态时间窗的泊车系统路径规划算法为AGV规划无冲突最优路径；进一步地，所述步骤S1中，采用拓扑法创建智能车库中AGV的工作环境模型，具体步骤包括：步骤S11：对环境模型中的交通路网和AGV作如下处理：①AGV运行车道为单道双向模式，且宽度方向仅能容纳一台AGV；②系统中的AGV在同一时间段内只能接受一项存取车任务，在其执行任务期间，系统分配的其他任务则视为无效；③为避免与其他AGV发生碰撞事故，需为执行任务的AGV设定一个安全行驶区域，该安全区域可由AGV车体几何尺寸、运行速度以及运行车道几何尺寸来确定；④在某时刻或某一时间段内，路网中的任一交叉路口和任一行驶路段都只允许一台AGV使用；步骤S12：利用AGV自带的摄像头、雷达传感器、超声波传感器以及红外线传感器等采集AGV运行环境信息，上述信息包括AGV的起始车位、目标车位、障碍物以及AGV待充电位置等；步骤S13：以上述操作采集的环境信息作为建模数据，采用拓扑法创建AGV在智能车库中的工作环境模型。进一步地，所述步骤S2中，按照不同评价标准，分别为每台AGV和每项存取车任务设定优先级，具体内容包括：步骤S21：对于系统中AGV的优先级，则由车辆编号大小确定，且AGV优先级高低次序与车辆编号大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：采用拓扑法创建智能车库中AGV的工作环境模型；步骤S2：按照不同评价标准，分别为每台AGV和每项存取车任务设定优先级；步骤S3：采用Dijkstra算法为接受任务的AGV规划最短可行路径；步骤S4：排布可行路径时间窗；步骤S5：根据冲突类型不同，设计冲突解决策略；步骤S6：利用基于动态时间窗的泊车系统路径规划算法为AGV规划无冲突最优路径。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态时间窗的泊车系统路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：采用拓扑法创建智能车库中AGV的工作环境模型；步骤S2：按照不同评价标准，分别为每台AGV和每项存取车任务设定优先级；步骤S3：采用Dijkstra算法为接受任务的AGV规划最短可行路径；步骤S4：排布可行路径时间窗；步骤S5：根据冲突类型不同，设计冲突解决策略；步骤S6：利用基于动态时间窗的泊车系统路径规划算法为AGV规划无冲突最优路径。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用拓扑法创建智能车库中AGV的工作环境模型，具体步骤包括：步骤S11：对环境模型中的交通路网和AGV作如下处理：①AGV运行车道为单道双向模式，且宽度方向仅能容纳一台AGV；②系统中的AGV在同一时间段内只能接受一项存取车任务，在其执行任务期间，系统分配的其他任务则视为无效；③为避免与其他AGV发生碰撞事故，需为执行任务的AGV设定一个安全行驶区域，该安全区域可由AGV车体几何尺寸、运行速度以及运行车道几何尺寸来确定；④在某时刻或某一时间段内，路网中的任一交叉路口和任一行驶路段都只允许一台AGV使用；步骤S12：利用AGV自带的摄像头、雷达传感器、超声波传感器以及红外线传感器等采集AGV运行环境信息，上述信息包括AGV的起始车位、目标车位、障碍物以及AGV待充电位置等；步骤S13：以上述操作采集的环境信息作为建模数据，采用拓扑法创建AGV在智能车库中的工作环境模型。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，按照不同评价标准，分别为每台AGV和每项存取车任务设定优先级，具体内容包括：步骤S21：对于系统中AGV的优先级，则由车辆编号大小确定，且AGV优先级高低次序与车辆编号大小成负相关；步骤S22：对于系统中存取车任务的优先级，则由任务加载顺序、任务轻重缓急和距离最短等评价标准综合确定；步骤S23：当发生交叉路口冲突时，对于AGV通过冲突交叉路口的先后顺序问题，则由AGV当前优先级和距离最短优先级综合确定；步骤S24：系统还规定，正在执行存取车任务的AGV的优先级高于...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱龙彪，王景良，王辉，邢强，邵小江，朱志慧，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32