[发明专利]一种考虑AGV碰撞规避的装卸设备调度方法

说明书

本发明提出了一种考虑AGV碰撞规避的装卸设备调度方法。通过建立集装箱码头装卸设备的动态模型及两种类型的碰撞规避模型；将设备的离散事件动态视为一个混合流水车间调度问题，然后采用整体图形顺序法来调度该混合流水车间的所有集装箱任务；最后在考虑两种规避碰撞的情况下，根据引入分层控制结构，由状态监测控制器将产生的各操作时间窗发送给阶段控制器，阶段控制器将各操作时间窗分配给特定的设备，根据最小时间控制问题更新AGV的操作时间以实现AGV所有任务的无碰撞调度。这种同时考虑AGV碰撞规避及装卸设备的调度方法能满足大型自动化集装箱码头调度及管理问题的优化需求。

技术领域

本发明涉及自动化集装箱码头运输领域，特别是自动化集装箱码头装卸设备调度领域，具体涉及一种考虑AGV碰撞规避的装卸设备调度方法。

背景技术

集装箱码头AGV轨迹规划问题由于设备之间的紧密联系以及环境的复杂性受到了很多研究学者的广泛关注。目前，集装箱码头装卸设备的调度通常忽略设备的实际轨迹规划问题。另外在集装箱码头的研究中，一般都是假设设备在没有干扰的情况下进行作业的，而这样的调度方案不包括有碰撞规避引起的干扰。另外，有些学者研究自动化集装箱码头传统的三阶段混合流水车间一般只考虑单个岸桥的情况，而实际码头环境中，作业通常涉及多个岸桥、多个AGV及多个场桥。且这些研究都没综合考虑AGV的碰撞规避约束与装卸设备调度之间的相互作用，这会影响集装箱码头装卸设备的调度优化性能；基于此，本发明提出了一种考虑AGV碰撞规避的装卸设备调度方法来优化岸桥、AGV及场桥在运输集装箱过程中的无碰撞调度问题。

发明内容

本发明针对自动化集装箱码头装卸设备的无碰撞调度问题，提出了一种考虑AGV碰撞规避的装卸设备调度方法，以实现码头岸桥、AGV及场桥的无碰撞调度。首先，建立集装箱码头装卸设备的动态模型及两种类型的碰撞规避模型，运输集装箱的动态模型可以由高层离散事件动态和低层连续时间动态的组合来表示，装卸设备的调度与高层离散事件动态有关而无碰撞轨迹规划与低层连续时间动态有关；将设备的离散事件动态视为一个混合流水车间调度问题，然后采用整体图形顺序法来调度该混合流水车间的所有集装箱任务；最后引入分层控制结构，考虑两种碰撞规避约束的情况下，由状态监测控制器确定各阶段的任务顺序以及最小化各阶段所有任务的完工时间并将产生的各操作时间窗发送给阶段控制器，阶段控制器将各操作时间窗分配给特定的设备，根据最小时间控制问题更新AGV的操作时间以实现AGV所有任务的无碰撞调度。

本专利中考虑的调度包括确定每个特定设备的任务顺序以及每个任务的操作时间窗；调度是通过处理一个混合流水车间调度问题及AGV碰撞规避问题来确定的。所考虑两种类型的碰撞规避：静止碰撞和移动碰撞，其中静止碰撞是指AGV与堆区交付点前静止障碍及相关设备的碰撞，而移动碰撞是指不同AGV在运输集装箱过程中的相互碰撞。该装卸设备调度方法主要包括以下步骤：

步骤一、建立三阶段设备的模型

该三阶段流水车间中，将一个任务定义为一个集装箱从船上运输到堆区指定位置的一个完整过程。

(1)阶段1：多个QC

(2)阶段2：多个AGV

(3)阶段3：多个ASC

假定有N个集装箱需要从船上运输到堆区，定义Φ为任务集合(|Φ|＝N)，引入两个虚拟任务点0和N+1，然后定义Φ₁＝Φ∪{0}和Φ₂＝Φ∪{N+1}。对于一个特定设备的时间约束条件如下：