【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及密集库多agv路径规划方法，特别是涉及一种基于数字孪生的仓储系统agv出库导航规划方法。
技术介绍
1、随着工业自动化和智能物流的快速发展，agv在仓库管理系统中的应用变得越来越广泛。agv即自动导引车，是指具有磁条，轨道或者激光等自动导引设备，沿规划好的路径行驶，以电池为动力，并且装备安全保护以及各种辅助机构(例如移载，装配机构)的无人驾驶的自动化车辆。
2、agv数字孪生可视化系统是一种利用虚拟现实技术实现的先进管理系统。这个系统的核心技术是数字孪生技术，它是将实际的agv设备的物理模型和控制模型转化为数字模型，在虚拟环境中展现出来。在系统中操作人员可以通过系统提供的3d模型，对库房和agv设备进行场景模拟和路径规划，从而达到最佳的仓储布局和运输路径。如公开号为cn115713175a的中国专利公开了《基于数字孪生的agv小车运输路径规划方法》通过构建与工厂环境和agv小车对应的数字孪生工厂和数字孪生小车；获取agv小车运输任务，在数字孪生工厂中模拟小车运输任务并应用路径规划算法生成规划路径。基于数字孪生小车的模拟运行状态结合agv小车的运行数据实时优化规划路径，以更新agv小车的运输路径。公开号为cn117389229a的中国专利公开了《一种基于数字孪生技术的多agv调度规划方法》，通过在unity3d中构建虚拟agv模型来模拟监控物理agv状态和运行状况，基于标准化调度资源构建调度策略和控制模块；通过全局的交通管制算法管理交通资源的分配和访问权限，并根据申请和占用决定agv的运行策略并通过控制指
3、类似上述的基于数字孪生的agv调度方案，研究了通过数字孪生技术来对agv系统工作进行还原，然后通过路径规划算法来控制agv路径，解决路径冲突问题。但是对于跨层多agv的路径规划问题却并没有有效的解决方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于数字孪生的仓储系统agv出库导航规划方法。该方法包括对仓储系统进行建模，并通过数字孪生平台同步运行数据，实现agv的实时监控和路径规划，解决跨层多agv调度问题，以此提高仓库作业效率。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一种基于数字孪生的仓储系统agv出库导航规划方法，包括以下步骤：
4、步骤一：结合现实物理环境绘制数字化三维立体模型，货物升降机和agv小车模型，划分卸货区域和上货区域；通过blender将构建好的模型导出为glb/gltf、fbx文件,然后通过bimface将模型进行轻量化处理，将其导入到数字孪生可视化平台；
5、步骤二：3d可视化平台通过api接口获取上层系统(wms)数据库的出库任务表，包括所有相关信息(货物类型、目标层、目标点、优先级等)，按照任务顺序以任务指令形式发送给可视化平台；系统接收任务表单信息后每隔一个通信周期通过axios发送ajax请求查询agv状态，以此调度空闲agv执行任务，再进行路径规划解出到达目标点的最优路径；将得到的路径数据转化为json、xml格式，提取全部的移动坐标点，根据这些坐标使用three.js的动画库在路径点之间完成agv的任务动画；
6、步骤三：agv根据分配的任务移动到升降机位置，系统向plc发送升降机请求，plc接收请求后查询升降机状态，并将状态返回给系统，如果升降机空闲，plc让升降机到达指定层，agv便进入升降机进行层间调度。任务完成后，agv和升降机状态更新为闲置，继续等待接收下一个任务；
7、步骤四：在3d可视化平台显示agv运行状况，实现对agv多维度的监控和管理，在虚拟现实场景中，可以看到agv设备的实时位置、工作状态和运动轨迹等信息记录，将任务执行过程可视化展示。
8、进一步地，步骤一中所述的数字化三维立体模型通过一款开源和免费的三维计算机图形软件blender绘制完成，各部分组件包括密集库货架、agv小车、升降机等，按照物理场景进行还原，搭建出完整的数字三维平台模型；而bimface是一款bim轻量化引擎，可以最大限度压缩模型大小，最大限度降低cpu/内存/显卡开销。通过three.js完成数字孪生可视化平台开发。
9、进一步地，步骤二中平台周期查询数据库以获取当前未完成的任务列表，按照不同的货物类型，分配agv执行出库任务。
10、进一步地，每个agv的起始位置都设置为指定区域，每当agv完成出库任务后，会自动回到起始区域。
11、进一步地，步骤二中对于多agv路径规划问题可以定义为：在一个无向图中，公式记为：g＝(v,e)，式中v是其节点的集合，e是连接节点的边集。在这个定义空间里假设有n个agv，这些agv用集合a＝{a1,a2,…,an}表示。对于每个agv设为ai∈a，需要执行从起始点到目标点的移动任务τ＝{si,di}，其中si∈v表示ai的初始位置，di∈v表示指定的agv ai需要从对应si节点移动到的目标点位置。t＝{0,1,2…}表示离散化的时刻序列，ai的路径li：t→v是从时刻序列和节点集合v的一个映射，li(t)表示t时刻agv ai的位置。任意时刻agv可以选择停留在当前位置或者移动到相邻位置。cost(li)定义为路径li的代价，路径的代价用时间来计算。定义ts是场景下所有agv路径的起始时间，为路径li的结束时间，则多agv路径规划为题本质就是找到一条从起始位置到目标位置的可行解，可行解是指多个agv的路径之间无冲突，所有agv路径之间无冲突的要求，即满足如下公式：
12、
13、式一说明在任意一个节点的任意一个时刻，只允许被一个agv占据，即避免位置冲突；式二说明任意一个时刻，不允许两个agv向彼此的位置移动，即避免相向冲突。
14、本专利技术所述路径规划使用的是基于冲突的搜索算法(conflict-based search，cbs)，该算法是一个两级的路径规划框架，旨在为多个agv同时规划路径时有效地解决路径冲突。在算法上层搜索的是约束树节点(constraint tree node，ct node)。cbs算法在上层搜索创建了一个优先级队列，待检测的约束树节点存放在队列中，每个约束树节点n包含：
15、·n.constraints：一个约束集，包含对问题中所有agv的约束；
16、·n.solution：问题的一个解，这个解不一定有效，但是这个解中所有agv的路径都满足该节点的约束集；
17、·n.cost：该节点解的代价(所有单agv路径成本总和)。
18、cbs算法在下层使用a*算法独立地为每个agv规划最短路径，以确保每个agv都能在没有任何约束的情况下以最快的速度到达其目标位置。当路径规划完成后，上层算法检测所有路径之间的潜在冲突，并通过创建约束树来管理这些冲突。每当发现路径之间存在冲突时，cbs算法将生成两个子节点，分别对冲突本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的仓储系统AGV出库导航规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的仓储系统AGV出库导航规划方法，其特征在于，步骤一中所述的数字化三维立体模型通过一款开源和免费的三维计算机图形软件blender绘制完成，各部分组件包括密集库货架、AGV小车、升降机，按照物理场景进行还原，搭建出完整的数字三维平台模型；而BIMface是一款BIM轻量化引擎，可以最大限度压缩模型大小，最大限度降低CPU/内存/显卡开销；通过Three.js完成数字孪生可视化平台开发。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的仓储系统AGV出库导航规划方法，其特征在于，步骤二中平台周期查询数据库以获取当前未完成的任务列表，按照不同货物类型调度AGV完成货物出库任务。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的仓储系统AGV出库导航规划方法，其特征在于，所述每个AGV的起始位置都设置为指定区域，每当AGV完成出库任务后，会自动回到AGV车辆起始区域。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的仓储系统AG
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的仓储系统AGV出库导航规划方法，其特征在于，所述的A*算法代价函数表示为：f(n)＝g(n)+h(n)式中，g(n)是起点到当前节点n的实际代价，h(n)是当前节点n到目标点的估计最低代价；A*算法中常用的距离公式：曼哈顿距离:hManhattan(n)＝K×(|xa-xb|+|ya-yb|)，欧几里得距离：其中，xa、ya和xb、yb分别是起点和目标点坐标，K表示栅格地图单位距离；曼哈顿距离路线规划的主体限定于沿着x轴方向或者y轴方向行驶；欧式距离允许任意方向移动；(由于AGV需上下左右移动故使用曼哈顿距离计算)，f(n)为从起始状态经过节点n到达目标节点的近似代价；A*算法不断选择f(n)值最低的节点进行扩展，并更新邻接节点的代价，直到到达目标节点结束。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的仓储系统AGV出库导航规划方法，其特征在于，步骤三中系统将执行出库任务的AGV指派到升降机，每当升降机完成动作后，自动回到第一层。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的仓储系统agv出库导航规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的仓储系统agv出库导航规划方法，其特征在于，步骤一中所述的数字化三维立体模型通过一款开源和免费的三维计算机图形软件blender绘制完成，各部分组件包括密集库货架、agv小车、升降机，按照物理场景进行还原，搭建出完整的数字三维平台模型；而bimface是一款bim轻量化引擎，可以最大限度压缩模型大小，最大限度降低cpu/内存/显卡开销；通过three.js完成数字孪生可视化平台开发。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的仓储系统agv出库导航规划方法，其特征在于，步骤二中平台周期查询数据库以获取当前未完成的任务列表，按照不同货物类型调度agv完成货物出库任务。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的仓储系统agv出库导航规划方法，其特征在于，所述每个agv的起始位置都设置为指定区域，每当agv完成出库任务后，会自动回到agv车辆起始区域。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的仓储系统agv出库导航规划方法，其特征在于，步骤二中对于多agv路径规划问题定义为：在一个无向图中，公式记为：g＝(v,e)，式中v是其节点的集合，e是连接节点的边集；在这个定义空间里假设有n个agv，这些agv用集合a＝{a1,a2,…,an}表示；对于每个agv设为ai∈a，需要执行从起始点到目标点的移动任务τ＝{si,di}，其中si∈v表示ai的初始位置，di∈v表示指定的agv ai需要从对应si节点移动...
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