RFID技術を活用した自動搬送車の位置測位と誘導設計について詳しく解説

0 まえがき

物体ハンドリング AGV (無人搬送車) では、誘導と位置決めが重要な研究部分です。 一般的に使用される誘導方法には、磁気誘導 [1]、視覚誘導 [2]、レーザー誘導 [3] などが含まれます。測位方法には、QR コード測位 [4]、RFID 無線周波数識別測位 [5]、超音波測位などが含まれます。 それら、磁気誘導磁気ストリップは敷設が簡単で、経路を変更するのが簡単で、無線周波数識別は汚染されにくく、音や光の干渉がありません。 したがって、RFID技術を統合した磁気誘導AGVは、自動化された生産および輸送に広く使用されています。

多くの学者が磁気誘導における RFID 技術の研究を行ってきました。 顧佳偉ら。 [6] は電子タグにタグ番号とモーション制御パラメータを書き込むことで AGV ナビゲーションを実装しました。 Li Ji [7] は、RFID を利用した測位と水平磁気ストリップを使用して、車両の方向転換、駐車、その他の動作を完了しました。 Luo Yujia [8] は、AGV の旋回アクション モードを修正し、タグ情報を使用して 90 度および 180 度の旋回を実現しました。

上記文献の多くは、電子タグに動作指示を記述している。 単一の命令情報が保存されるため、タグの使用率は低くなります。 実際のパスが複雑な場合、より多くのタグを配置する必要があり、パスの計画や誘導には役立ちません。 先行研究に基づいて,本論文は,複雑な経路の下でのAGVの誘導問題を解決することを目的とし,車両動作コマンドアルゴリズムを提案した。 アクションコマンドはスケジュールタスクに従って生成され、車両制御システムに保存されます。 タグは、車両の運転の柔軟性を向上させるための位置識別としてのみ使用されます。

1. 走行マップモデリング

1.1 マップの構成

図 1 に示すように、マップは誘導磁気ストリップとワークステーションで構成されています。この 2 つはそれぞれ線と長方形で表されています。 g はワークステーションを表し、数量は h で、式 (1) に従って番号が付けられます (図の小さな長方形の右側の番号)。ワークステーション セットは次のように表すことができます。 G = {g1 、g2、g3、...、gh}。 l はラインを表し、番号は n です。 水平ライン番号は偶数、垂直ライン番号は奇数で表し、式(2)に従って番号を付けることが規定されています(図中の丸内の数字)。 行セットは L={l1, l2,..., ln} です。

この記事の適用シナリオに基づいて、AGV はワークステーションへの進入時にフォークが前進する場合を除いて後進し、ライン交差点およびワークステーションへの進入時に減速することが規定されています。

1.2 電子ラベルのレイアウト

1.2.1 ワークステーションに関連するラベルの配置

図 2 において、pi1、pi2、...、pi7 は電子タグの位置を表します。 図 2(a) は、AGV が直進し、左からワークステーション gi に進入する様子を示しています。 それぞれpi3、pi5、pi4、pi7で減速し、後進から前進、前進、右折、停止に切り替えることが規定されています。 図 2(b) は、AGV が後退し、左折してワークステーションから出る様子を示しています。 直線後退、後退して左旋回、それぞれ pi7、pi6、pi1 で加速します。 AGV のワークステーションの右側からの出入りは、左側からの出入りと同様です。 pik をワークステーション gi に関連する k 番目のラベル (k∈{1, 2,...,7}) として定義します。これは図 2 に示すように配置されます。その構成は行列 S1 によって次のように表されます。

1.2.2 ラインラベルのレイアウト

各行の両端に 2 つの電子タグを配置します。 Sja は lj 行目の a 番目のラベル、a={1, 2, 3, 4} を表します。 lj上で座標軸の正方向に沿ってSj1、Sj2、Sj3、Sj4が順に配置されており、Sj1とSj4との間の線分が直線ljの範囲であるとする。 車両は、Sj1、Sj4で旋回指令を実行して他の線路に進入し、Sj2、Sj3で加速または減速指令を実行して、ljに進入するときに加速し、ljから出るときに減速します。 すべての行のラベルは、式 (4) に示す行列 S2 で表されます。 最終的なマップのすべてのラベルのレイアウトを図 3 に示します。

2. 動作指示アルゴリズム

まずタグをエンコードし、次にスケジューリング パスに従って各タグを渡す順序を決定し、最後にタグのソートに基づいてアクション命令を生成します。

2.1 電子ラベルのコーディング

エンコーディング電子タグのフォーマットを図 4 に示します。x と y はマップ「pro」内のタグの座標を表します。 属性、つまり、ラベル「line」で車両が実行できる動作指示の種類を表します。 はラインを表し、「座る」は 該当するワークステーション番号を示します。 ライン上の AGV の運転モードに応じて、「プロ」は Sj1 と Sj4 のビットは「01」で、これは回転を意味し、「プロ」は回転を意味します。 Sj2、Sj3のビットは「02」であり、加減速を意味します。 Sja の「line」ビットは行番号 j で、「sit」ビットは 0 で表されます。 「プロ」 ラベル pik のビットは、AGV がステーションに出入りする方法に従って表 1 に表されます。 「ライン」 bit は pi1 が配置されている行番号で、「sit」は bit はそれに関連するステーション番号です。

2.2 パスの確立と選択

このうち、wは経路を表し、その数はm(m≧m0)となる。 このとき、すべてのパスから構成される行列は W = [w1, w2,..., wm]T と表すことができます。 ltx はパス wt の x 番目の行を表します。ここで、wt={lt1, lt2,…, ltx,…}, t∈{1, 2,…, m}, ltx∈L、t- に含まれる行と仮定します。 番目のパス 最大の数は n1 で、W は m×n1 次の行列になります。 ライン数が n1 未満の場合、不足部分は 0 で表され、パス行列は式 (6) で表されます。

2.3 スケジュールパスラベルのソート方法

接続された 2 つの線上のラベルの場合、最初の行と 2 番目の行はそれぞれ lu と lv で表されます。 lu のラベルは Su1、Su2、Su3、および Su4 であり、lv のラベルは Sv1、Sv2、Sv3、および Sv4 です。 r0 は lu から lv までのラベル配列を表します。 Su1の座標を(x1,y1)、Sv1の座標を(x2,y2)とする。 2 つの座標を比較することで、lu と lv の相対的な位置関係を推測できます。

最初のケース: x1》x2、y1》y2、図 5(a) および図 5(b) に示すように、r0={Su4, Su3, Su2, Su1, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}。

2 番目のケース: x1》x2、y1》y2、lu が奇数の場合、r0={Su1, Su2, Su3, Su4, Sv4, Sv3, Sv2, Sv1}、図 5(c) に対応。 それ以外の場合、r0={Su4、Su3、Su2、Su1、Sv1、Sv2、Sv3、Sv4}、図5(d)に対応。 同様に、他の場合の r0 要素の配置も推測できます。

経路 wβ は、式 (4) に従って各線上のラベルを選択し、経路上の各ラベルを車両が通過する順序に並べます。 手順は次のとおりです。

(1) lβ1 を 1 行目、lβ2 を 2 行目と考え、座標関係から位置関係を決定します。 2 行ラベルのソート規則に従ってソートし、ソートされた結果を配列 r1 に入れます。

(2) lβ2 を 1 行目、lβ3 を 2 行目としてソートし、lβ3 ラベルのソート結果を配列 r1 に追加します。

(3) (2)と同様に、lβ3、lβ4、lβ4、lβ5、...、jsj3-t6-s1.gif行のラベルを配置します。

AGV がワークステーションに出入りする方法に従って、r1 内の lj1 と lj2 を通過していないタグを削除します。 このとき、r1の要素数をb1とする。

2.4 アクションの指示

アクション コマンドのフォーマットを図 6 に示します。最初の 5 桁は電子タグ コード、「ins」は電子タグ コードです。 bit は、最初の 5 桁に対応するタグで AGV によって実行されるアクション コマンドです。 コードは表 2 に示すように機能に応じてコード化されています。AGV が出発駅 gs から目的駅 ge まで走行する場合、出発駅、経路走行、駅入場の順に走行します。 RFID リーダーは引き続き地上タグ情報を読み取り、車両制御システムに送信します。 条件に従って命令を順番に実行し、スケジューリングタスクを完了します。 条件は、現在読み取られているタグ情報が、実行する命令のタグエンコードビットと一致していることです。

2.4.1 出口ステーションアクションコマンド

R1 は、ワークステーションのアクション命令のセットを表します。 AGV がステーションを左側から出る場合は、「00」、「01」を追加します。 そして「05」 それぞれ「pro」でラベルコーディングした後、 '09'、'08' のビット そして「03」 S1 の行 S に、それ以外の場合は '00'、'02' を追加します。 そして「05」 それぞれ、「プロ」のタグをエンコードした後、 ビットは '09'、'08' そして「07」 S1のS行に配置し、1番目、2番目として使用しますR1 で 2 番目と 3 番目が連続します。 行動の指示。

2.4.2 パスアクションの指示

「プロ」に従ってアクションの指示を決定します。 r1 の b1 タグのビットをそれぞれ指定します。 R2 はパスアクション命令セットを表し、図 7 にその判定プロセスを示します。

2.4.3 ワークステーション入口アクションコマンド

R3 は、ワークステーションのアクション命令のセットを表します。 AGV は左からワークステーションに入り、「06」、「07」、および「04」を追加します。 それぞれ、ラベルコード「05」、「07」、「06」、「09」の後に続きます。 「プロ」では S1のe行の位置。 、'08'; それ以外の場合は、「06」、「07」、「03」、「08」を追加します。 それぞれ「05」、「03」、「04」、および「09」のラベルエンコーディングの後 列の中で。 そして、R3 の 1 番目、2 番目、3 番目、4 番目の命令として順番に実行されます。

3. 試験結果と分析

テストのためにステーション 12、13、17、および 18 を選択します。 ラベルのコーディングを図 8 に示します。最初の 2 桁は x 座標、3 桁目から 4 桁目は y 座標、5 桁目から 6 桁目は属性を表し、7 桁目から 8 桁目はそれらが配置されている行番号です。 、最後の 2 桁はそれに関連しています。 駅番号。

車両動作コマンド プログラムは VC++6.0 で作成され、ARM アーキテクチャに基づいて RC522 無線周波数識別モジュールと統合されたモデルカーがテスト対象として選択されました。 図9にガイドライン敷設とラベル貼付後の実車運行図を示す。 テストでは、車両が期待どおりに配車タスクを完了できることが示されています。 図 10 にタグに動作指示を記述する誘導方法を示します。 AGV はタグ内の命令を実行することで加速や減速などの動作を完了します。 地上タグの内部コマンド情報は配置後に決定されるため、車両は各タグを通過する際に一定の決まった動作しか実行できません。 指導方法は比較的単純で柔軟性に乏しい。

さまざまな開始ステーションとターゲット ステーションを選択して組み合わせ、さまざまなスケジュール タスクを表します。 C++6.0 では、各演算の結果を図 11 に示します。各アクション命令の最初の 10 桁は電子タグ コードで、最後の 2 ビットは AGV がタグに対して実行するアクションを示します。

タスク 1、2 の走行ルートはそれぞれ 20→22→24、20→22→21→18 となります。 AGV はラベル 4610012200 を渡しました。タスク 1 にはこのラベルに対応する命令がありません。AGV はここでは命令を実行しません。 22 番線は直進を続けて 24 番線に入ります。 タスク 2 のこのラベルに対応するコマンドは 461001220002 で、最後の 2 桁は '02' です。 これは、AGV がバックしてここで右折し、22 行目から 21 行目に入ることを示しています。比較すると、AGV はアクション命令の実行条件を満たすタグでのみ命令を実行します。

タスク３、４の走行ルートはそれぞれ２４→２１→１６→１４、２４→２１→１８となる。 AGV はすべてラベル 4722012100 を通過しました。タスク 3 では、このラベル上の AGV の対応するコマンドは 472201210002 で、最後の 2 桁は '02' です。 表 AGV はバックしてここで右折し、21 行目から 16 行目に入ります。 タスク 4 のこのラベルに対応するコマンドは 472201210001 で、最後の 2 桁は「01」です。 これは、AGV がバックしてここで左折し、21 行目から 18 行目に入ることを示しています。比較すると、AGV は異なるタスクを完了するときに同じラベルで異なる命令を実行できるため、運転の柔軟性が向上します。

4 まとめ

この記事では、電子タグを位置識別として使用し、特定のタスクに応じてアルゴリズムによって動作指示が生成され、車両制御システムに保存されるため、車両は異なるタスク中に同じ電子タグを通過するときに異なる動作指示を実行でき、 従来のナビゲーション方法では、走行ルートは固定されており、ラベルで実行される命令は単一です。 この方法は、複雑な経路での車両誘導の問題を解決し、運転の柔軟性とラベルの使用率を向上させ、一定の応用価値をもたらします。