一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统技术方案

一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，该方法包括以下步骤：步骤1，搭建物联网下的磁导航机器人及导航调度系统；步骤2，确定网络传输系统的传输协议；步骤3，设计回路A*路径寻优算法；步骤4，设计磁导航机器人的防碰探路者算法；步骤5，平台应用系统读取磁导航机器人数据；步骤6，设计磁导航机器人的运作流程。本发明专利技术改进了A*路径寻优算法，提出的回路A*路径寻优算法提高了A*算法路径点的搜寻速度，同时将磁导航机器人与调度模块运算、存储结合，提过生产效率，弥补磁导航机器人运算性能不足，存储能力差的缺陷，并将磁导航机器人运算、数据存储放置物联网的平台应用系统处理，提高磁导航机器人控制器控制效率；提高了企业生产的拓展性，可实现磁导航机器人的群体作业模式。

【技术实现步骤摘要】
一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统
本专利技术涉及磁导航机器人领域，特别是涉及一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统。
技术介绍
目前在仓库、工厂日常作业中对于货物的搬运和流转基本上是依靠人工完成，传统的作业方式是由搬运工将货物搬运至目的点来满足日常生产需要。这种方式的缺点：极大的加重了企业的生产运营成本，企业需要承担人力成本；另一方面限制了企业日常生产效率，靠人力无法日夜不间断的作业，如果想要日夜不间断作业只有通过增加人力来完成目标工作量。通过以上分析，传统的作业方式无法同时满足提高生产效率和节约成本这个两个条件。磁导航机器人因其能够适应复杂的应用场景和繁琐、智能的指令需求，以及在精益化柔性生产方面展示出来的无与伦比的优势，已成为目前搬运机器人的高水平代表，并在越来越多的智能制造领域得以投入使用。因此申请人于申请日：20170818，申请了中国专利一种基于磁导航机器人及导航调度系统和方法，公开号CN107065888A，该专利公开了一种基于磁导航机器人及导航调度系统和方法，涉及仓管机器人系统，主要包括：用于数据处理分析计算的调度模块；用于发出叫车程序的叫车模块；货物搬运的AGV小车；用于显示路口交通状况的信号灯，本专利技术目的在于克服上述现有作业方式的不足，为工厂生产车间、仓库提供一种基于磁导航AGV系统于方法，旨在提高企业的生产过程中的物流的效率与产量，减轻工作人员负担，节约企业成本。但是其并没有考虑物联网因素，也没有对相应导航算法进行优化，因此申请人新提出了一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，在上位机调度模块中，设计了回路A*路径寻优算法，提出的回路A*路径寻优算法实现了对磁导航机器人的路径寻优，提高了A*算法路径点的搜寻速度，这样可以在提高磁导航机器人路径寻优的快速性和准确性，同时为了提高物联网下磁导航机器人的多样性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，旨在提高磁导航机器人路径寻优的快速性和准确性，同时为了提高物联网下磁导航机器人的多样性。为达此目的，本专利技术提供一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，具体步骤如下，其特征在于：所述该调度系统适用于磁导航机器人、激光导航机器人、二维码导航机器人和彩带导航机器人；步骤1，搭建物联网下的磁导航机器人及导航调度系统：磁导航机器人及导航调度系统主要分为控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，同时绘制出工厂各个区域块的俯视图；步骤2，确定网络传输系统的传输协议：采用无线通讯的方式实现磁导航机器人的数据传输，磁导航机器人的控制模块通过通讯实现对运动执行模块的控制，平台应用系统根据通讯模块读取磁导航机器人各项数据和路径规划算法实现对磁导航机器人的调度；步骤3，设计回路A*路径寻优算法，并将回路A*路径寻优算法嵌入平台应用系统中，为提高A*算法的路径点搜寻速度，回路A*路径寻优算法设计了两个寻优方向，一个寻优方向是从起点至终点的路径搜索，另一个方向是终点至起点的路径搜索；步骤4，设计磁导航机器人的防碰探路者算法：防碰探路者算法可避免多个磁导航机器人运动时的碰撞、死锁等情况，其核心思想是在机器人前行时，向前探寻一个单位和多个单位的距离，并判断是否是安全距离，若是安全距离则继续保持当前状态，若不是安全距离则执行相应的交通指令；步骤5，平台应用系统读取磁导航机器人数据，通过扫描磁性地标和磁条铜鼓通讯模块将磁导航机器人所在位置和线路发送至平台应用系统，同时平台应用系统启动路径规划算法对磁导航机器人的路径进行寻优，并对磁导航机器人行驶速度进行量化，将速度和方向发送个控制模块；步骤6，设计磁导航机器人的运作流程：将回路A*路径寻优算法嵌入到调度模块中，并对搭建的物联网下磁导航机器人及导航调度系统和平台应用系统进行联调，实现磁导航机器人的运作并实际应用。进一步，步骤1中搭建物联网下磁导航机器人及导航调度系统可以表示为：磁导航机器人及导航调度系统主要包括：控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，这四个系统由：上位机调度模块、叫车模块、磁导航机器人、信号灯模块、地图绘制模块、通讯模块、实时监控模块、数据存储模块、任务作业分析及报表展现模块、交通管制模块、感知模块、stm32控制器模块、运动执行模块等组成；地图绘制模块通过系统的地图绘制画板绘制工厂实际环境，使用栅格单位描述磁导航机器人所处的工作环境，磁导航机器人以栅格为单位进行移动；通讯模块负责询问磁导航机器人的各项信息并在磁导航机器人应答后反馈运行状态给实时监控模块，在系统运行期间，该模块需要保障通讯的可靠，在磁导航机器人出现异常掉线后恢复连接时能及时重新联系上该磁导航机器人，提供给上游程序准确可靠的数据信息，同时用于磁导航机器人与调度模块之间的通讯，磁导航机器人通过感知模块过的运行的信息，利用无线模块接收调度模块的询问指令，同时将运行信息反馈给调度模块，调度模块通过分析与判断产生控制指令发送给磁导航机器人，保证磁导航机器人的稳定运行；stm32控制器模块为磁导航机器人搭载的嵌入式控制设备及运行环境，用于处理分析和处理调度系统下发的各种指令；运动执行模块执行接收到的stm32控制模块的命令，完成相应的动作；路口信号灯模块用于显示路口交通状况，帮助作业环境内其他作业单元判别路口交通状态；叫车模块用于发出呼叫磁导航机器人的任务指令给调度程序，同时接收调度程序反馈的信息在调度模块上显示。进一步，步骤3中设计回路A*路径寻优算法的具体步骤可以表示为：本专利技术的回路A*路径寻优算法的评估函数具体公式为：f(n)＝g(n)+h(n)(1)其中，f(n)是起点到节点n的评估函数，g(n)是起点到节点n的实际损失值，h(n)是节点n到终点到的实际损失值，实际损失值用下述均方差公式来计算：改进后的回路A*路径寻优算法流程为：(1)将起点放入到open1列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open1列表；(2)判断open1列表，如果为空，则搜索失败，如果open1列表中存在目标节点，则移除表中评估函数最小的节点；(3)将移除的节点加入到close1列表中，并记录上一步行走方向d1，并更新节点位置；(4)计算当前节点的相邻的所有可到达节点，生成一组子节点，对于每一个子节点：a)如果该节点在close1列表中，则删除它；b)如果该节点在open1列表中，则寻找最小的评估函数值，并和上一步行走方向d1(如果当前方向d1的节点在open1列表)的评估函数值比较是否满足条件更新其评估函数值，将最优的节点的父节点设置为当前节点；c)如果该节点不在open1列表中，则将其加入到open1列表，并计算评估函数值，设置其父节点为当前节点；(5)转至步骤(2)；(6)将终点放入到open2列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open2列表；(7)判本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，具体步骤如下，其特征在于：/n所述该调度系统适用于磁导航机器人、激光导航机器人、二维码导航机器人和彩带导航机器人；/n步骤1，搭建物联网下的磁导航机器人及导航调度系统：磁导航机器人及导航调度系统主要分为控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，并绘制出工厂各个区域块的俯视图；/n步骤2，确定网络传输系统的传输协议：采用无线通讯的方式实现磁导航机器人的数据传输，磁导航机器人的控制模块通过通讯实现对运动执行模块的控制，平台应用系统根据通讯模块读取磁导航机器人各项数据和路径规划算法实现对磁导航机器人的调度；/n步骤3，设计回路A*路径寻优算法，并将回路A*路径寻优算法嵌入平台应用系统中，为提高A*算法的路径点搜寻速度，回路A*路径寻优算法设计了两个寻优方向，一个寻优方向是从起点至终点的路径搜索，另一个方向是终点至起点的路径搜索；/n步骤4，设计磁导航机器人的防碰探路者算法：防碰探路者算法可避免多个磁导航机器人运动时的碰撞、死锁等情况，其核心思想是在机器人前行时，向前探寻一个单位和多个单位的距离，并判断是否是安全距离，若是安全距离则继续保持当前状态，若不是安全距离则执行相应的交通指令；/n步骤5，平台应用系统读取磁导航机器人数据，通过扫描磁性地标和磁条铜鼓通讯模块将磁导航机器人所在位置和线路发送至平台应用系统，同时平台应用系统启动路径规划算法对磁导航机器人的路径进行寻优，并对磁导航机器人行驶速度进行量化，将速度和方向发送个控制模块；/n步骤6，设计磁导航机器人的运作流程：将回路A*路径寻优算法嵌入到调度模块中，并对搭建的物联网下磁导航机器人及导航调度系统和平台应用系统进行联调，实现磁导航机器人的运作并实际应用。/n...

【技术特征摘要】
1.一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，具体步骤如下，其特征在于：
所述该调度系统适用于磁导航机器人、激光导航机器人、二维码导航机器人和彩带导航机器人；
步骤1，搭建物联网下的磁导航机器人及导航调度系统：磁导航机器人及导航调度系统主要分为控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，并绘制出工厂各个区域块的俯视图；
步骤2，确定网络传输系统的传输协议：采用无线通讯的方式实现磁导航机器人的数据传输，磁导航机器人的控制模块通过通讯实现对运动执行模块的控制，平台应用系统根据通讯模块读取磁导航机器人各项数据和路径规划算法实现对磁导航机器人的调度；
步骤3，设计回路A*路径寻优算法，并将回路A*路径寻优算法嵌入平台应用系统中，为提高A*算法的路径点搜寻速度，回路A*路径寻优算法设计了两个寻优方向，一个寻优方向是从起点至终点的路径搜索，另一个方向是终点至起点的路径搜索；
步骤4，设计磁导航机器人的防碰探路者算法：防碰探路者算法可避免多个磁导航机器人运动时的碰撞、死锁等情况，其核心思想是在机器人前行时，向前探寻一个单位和多个单位的距离，并判断是否是安全距离，若是安全距离则继续保持当前状态，若不是安全距离则执行相应的交通指令；
步骤5，平台应用系统读取磁导航机器人数据，通过扫描磁性地标和磁条铜鼓通讯模块将磁导航机器人所在位置和线路发送至平台应用系统，同时平台应用系统启动路径规划算法对磁导航机器人的路径进行寻优，并对磁导航机器人行驶速度进行量化，将速度和方向发送个控制模块；
步骤6，设计磁导航机器人的运作流程：将回路A*路径寻优算法嵌入到调度模块中，并对搭建的物联网下磁导航机器人及导航调度系统和平台应用系统进行联调，实现磁导航机器人的运作并实际应用。


2.根据权利要求1所述的一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，其特征在于：步骤1中搭建物联网下磁导航机器人及导航调度系统可以表示为：
磁导航机器人及导航调度系统主要包括：控制系统、感知系统、网络传输系统和平台应用系统，这四个系统由：上位机调度模块、叫车模块、磁导航机器人、信号灯模块、地图绘制模块、通讯模块、实时监控模块、数据存储模块、任务作业分析及报表展现模块、交通管制模块、感知模块、stm32控制器模块、运动执行模块等组成；
地图绘制模块通过系统的地图绘制画板绘制工厂实际环境，使用栅格单位描述磁导航机器人所处的工作环境，磁导航机器人以栅格为单位进行移动；通讯模块负责询问磁导航机器人的各项信息并在磁导航机器人应答后反馈运行状态给实时监控模块，在系统运行期间，该模块需要保障通讯的可靠，在磁导航机器人出现异常掉线后恢复连接时能及时重新联系上该磁导航机器人，提供给上游程序准确可靠的数据信息，同时用于磁导航机器人与调度模块之间的通讯，磁导航机器人通过感知模块过的运行的信息，利用无线模块接收调度模块的询问指令，同时将运行信息反馈给调度模块，调度模块通过分析与判断产生控制指令发送给磁导航机器人，保证磁导航机器人的稳定运行；stm32控制器模块为磁导航机器人搭载的嵌入式控制设备及运行环境，用于处理分析和处理调度系统下发的各种指令；运动执行模块执行接收到的stm32控制模块的命令，完成相应的动作；路口信号灯模块用于显示路口交通状况，帮助作业环境内其他作业单元判别路口交通状态；叫车模块用于发出呼叫磁导航机器人的任务指令给调度程序，同时接收调度程序反馈的信息在调度模块上显示。


3.根据权利要求1所述的一种物联网下的磁导航机器人及导航调度系统，其特征在于：步骤3中设计回路A*路径寻优算法的具体步骤可以表示为：
本发明的回路A*路径寻优算法的评估函数具体公式为：
f(n)＝g(n)+h(n)(1)
其中，f(n)是起点到节点n的评估函数，g(n)是起点到节点n的实际损失值，h(n)是节点n到终点到的实际损失值，实际损失值用下述均方差公式来计算：



改进后的回路A*路径寻优算法流程为：
(1)将起点放入到open1列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open1列表；
(2)判断open1列表，如果为空，则搜索失败，如果open1列表中存在目标节点，则移除表中评估函数最小的节点；
(3)将移除的节点加入到close1列表中，并记录上一步行走方向d1，并更新节点位置；
(4)计算当前节点的相邻的所有可到达节点，生成一组子节点，对于每一个子节点：
a)如果该节点在close1列表中，则删除它；
b)如果该节点在open1列表中，则寻找最小的评估函数值，并和上一步行走方向d1(如果当前方向d1的节点在open1列表)的评估函数值比较是否满足条件更新其评估函数值，将最优的节点的父节点设置为当前节点；
c)如果该节点不在open1列表中，则将其加入到open1列表，并计算评估函数值，设置其父节点为当前节点；
(5)转至步骤(2)；
(6)将终点放入到open2列表中，并扩展节点，同时计算扩展节点的损失函数，并将节点插入open2列表；
(7)判断open2列表，如果为空，则搜索失败...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾岳，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32