一种基于调度算法的医用AGV群体物流调控系统及方法与流程

本发明涉及物流调度技术领域，具体涉及一种基于调度算法的医用agv群体物流调控系统及方法。

背景技术：

随着社会生产力的发展,劳动力成本的提高,传统人力和半机械化的工厂物流方式已经远远无法满足现代装备制造业的物流需求,生产自动化和物流自动化已经成为社会发展的趋势。agv系统是自动控制、计算机、机械、传感器、通讯等各学科技术的综合应用，具有安全可靠、自动化程度高、容易管理和调度等突出优点。agv系统的广泛应用对于提高工厂生产效率和生产自动化，降低生产成本，促进社会发展具有十分重要的意义。

由于社会的高速发展，医疗领域得到空前发展，对此，需要设计一套医用agv群体物流调控系统进行匹配高速发展的医疗器械的运输。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明公开了一种一种基于调度算法的医用agv群体物流调控系统及方法，本发明确定使用dijkstra算法进行最短路径求解，大大优化了运输路径，使用了动态调度，可进行人机交互微调，增加了整个调度的精准度利用调度系统和管理系统，增加了系统的通用性和灵活性。

本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明公开一种基于调度算法的医用agv群体物流调控系统，包括管理系统、调度系统、路径选择系统、通信系统和监控系统，所述管理系统包括系统初始化、系统参数调整、系统相关信息修改查询和系统的关闭退出，用于实现用户进行人机交互；所述调度系统根据运输任务的实际情况，采用适当的算法，对任务进行分配；所述路径选择系统根据agv的实时状态结合当前路径信息，实现agv的无碰撞最优路径选择；所述通信系统和监控系统用于实现无线通信和监控。

更进一步的，所述系统的硬件包括医用agv运输装置、网络连接设备、上位机、路径引导设施和充电设施；

软件支撑层为数据层提供实时采集的数据信息，并接收功能层下达的各项操作指令，最终完成物流输送任务。

更进一步的，述调度系统选择的算法为dijkstra算法，初始条件：起点为s0，终点为u0，算法的具体步骤如下：

1)初始化集合s和u，其中s包含节点s0,u包含除so以外节点，初始化权值为边的长度，若两点相连，则权值为连接两点的边的长度，若两点不相连，则两点间的权值为无穷大；

2)遍历各个节点，通过比较找出与起点so最短的节点k，将k从u集合中删除并加入集合s中；

3)判断节点k是否与终点uo相匹配，如节点k即为终点uo，则算法终止，所求路径即为dijkstra算法下的最短路径；若不匹配，则跳转到下一步；

4)以k为中间节点，继续遍历u中的节点，计算起点so经过k节点到u中节点的距离，与起点so不经过k节点的距离进行比较；若经过k节点的距离比不经过k节点的距离短，则求的最短距离为新的最短距离，该节点为新的中间节点，将此节点加入集合s0；

5)判断集合u是否为空间，若为空集，表示没有找到由起点到终点的最短路径，若不为空集，则跳转到步骤3进行继续求解。

更进一步的，所述路径选择系统避障时，根据障碍物检测传感器所感应到的前方路况，自动减速或停止，通过医用agv运输装置之间的相对运动速度和运动方向进行实时在线运动规划，从而避免碰撞的发生。

更进一步的，具体避障方法为，设医用agv运输装置r，其半径为r，采用设置两级预警距离机制等级的方案，一级滚动窗口区域半径为w，二级滚动窗口区域半径为t，若在一级滚动窗口范围内检测到障碍物，医用agv运输装置自动减速；若到达二级滚动窗口探测范围，则自动刹车甚至停止，特殊情况下，若医用agv运输装置撞上障碍物，那么立即停止运行。

更进一步的，所述路径选择系统需提前进行地图建模，建模时在图中医用agv运输装置引导路径由代表路径交叉的节点、代表行驶路径的线段或弧及同样位于节点处的各个装卸载站点等组成，在描述医用agv运输装置的运行路径时，用有序的节点集合进行表示，其中节点的顺序指明了车辆的运行方向。

更进一步的，所述系统设置功能层，在分析各项数据基础上，确定合理的调度方案和行驶路径，并将任务信息下达至医用agv运输装置，并根据用户层的管理指令，功能层对支撑层各单元进行管理，设定相关参数、协调各单元工作。

更进一步的，所述用户层是整个管理系统的人机交互部分，将功能层、支撑层、数据层以图形化、实例化的形式反馈给用户，用户在此基础上，对系统进行管理、监控，下达各项指令。

第二方面，本发明公开了一种基于调度算法的医用agv群体物流调控方法，所述方法执行时使用第一方面所述的基于调度算法的医用agv群体物流调控系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

s1通过电子设备对管理系统设置调度任务，并修改对应的参数；

s2利用路径选择系统对调度区域进行地图建模，根据地图建模生成实际调度方案路径；

s3调度系统选择dijkstra算法，对医用agv运输装置的起始位置进行优化计算；

s4医用agv运输装置运行在路径引导设施，对医院仓储的器械物品进行调度；

s5通信系统和监控系统记录并监控调度情况，并通过无线网络实时回传；

s6用户层通过远程监控回传信息，对调度做出微调，最终完成医院仓储调度任务。

更进一步的，对运输任务和医用agv运输装置的优先性排列，是在调度目标的基础上，考虑具体任务及车辆特点对其进行排序，是对调度目标的进一步扩展，最终实现运输任务和执行任务车辆的一一对应，保证无重复、无冲突的系统调度。

本发明的有益效果为：

1、本发明综合考虑各算法的效率和适用性，确定使用dijkstra算法进行最短路径求解，大大优化了运输路径。

2、本发明满足了系统实时性要求，使用了动态调度，可进行人机交互微调，增加了整个调度的精准度。

3、本发明针对不同的实际情况，其调度需求及路径特点可能存在不同，利用调度系统和管理系统，增加了系统的通用性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种基于调度算法的医用agv群体物流调控系统原理框图；

图2是一种基于调度算法的医用agv群体物流调控方法原理步骤图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开如图1所示的一种基于调度算法的医用agv群体物流调控系统，包括管理系统、调度系统、路径选择系统、通信系统和监控系统，所述管理系统包括系统初始化、系统参数调整、系统相关信息修改查询和系统的关闭退出，用于实现用户进行人机交互；所述调度系统根据运输任务的实际情况，采用适当的算法，对任务进行分配；所述路径选择系统根据agv的实时状态结合当前路径信息，实现agv的无碰撞最优路径选择；所述通信系统和监控系统用于实现无线通信和监控。

系统的硬件包括医用agv运输装置、网络连接设备、上位机、路径引导设施和充电设施；

软件支撑层为数据层提供实时采集的数据信息，并接收功能层下达的各项操作指令，最终完成物流输送任务。

调度系统选择的算法为dijkstra算法，初始条件：起点为s0，终点为u0，算法的具体步骤如下：

1)初始化集合s和u，其中s包含节点s0,u包含除so以外节点，初始化权值为边的长度，若两点相连，则权值为连接两点的边的长度，若两点不相连，则两点间的权值为无穷大；

2)遍历各个节点，通过比较找出与起点so最短的节点k，将k从u集合中删除并加入集合s中；

3)判断节点k是否与终点uo相匹配，如节点k即为终点uo，则算法终止，所求路径即为dijkstra算法下的最短路径；若不匹配，则跳转到下一步；

4)以k为中间节点，继续遍历u中的节点，计算起点so经过k节点到u中节点的距离，与起点so不经过k节点的距离进行比较；若经过k节点的距离比不经过k节点的距离短，则求的最短距离为新的最短距离，该节点为新的中间节点，将此节点加入集合s0；

5)判断集合u是否为空间，若为空集，表示没有找到由起点到终点的最短路径，若不为空集，则跳转到步骤3进行继续求解。

路径选择系统避障时，根据障碍物检测传感器所感应到的前方路况，自动减速或停止，通过医用agv运输装置之间的相对运动速度和运动方向进行实时在线运动规划，从而避免碰撞的发生。

具体避障方法为，设医用agv运输装置r，其半径为r，采用设置两级预警距离机制等级的方案，一级滚动窗口区域半径为w，二级滚动窗口区域半径为t，若在一级滚动窗口范围内检测到障碍物，医用agv运输装置自动减速；若到达二级滚动窗口探测范围，则自动刹车甚至停止，特殊情况下，若医用agv运输装置撞上障碍物，那么立即停止运行。

路径选择系统需提前进行地图建模，建模时在图中医用agv运输装置引导路径由代表路径交叉的节点、代表行驶路径的线段或弧及同样位于节点处的各个装卸载站点等组成，在描述医用agv运输装置的运行路径时，用有序的节点集合进行表示，其中节点的顺序指明了车辆的运行方向。

系统设置功能层，在分析各项数据基础上，确定合理的调度方案和行驶路径，并将任务信息下达至医用agv运输装置，并根据用户层的管理指令，功能层对支撑层各单元进行管理，设定相关参数、协调各单元工作。

用户层是整个管理系统的人机交互部分，将功能层、支撑层、数据层以图形化、实例化的形式反馈给用户，用户在此基础上，对系统进行管理、监控，下达各项指令。

本实施例中度时，应该考虑以下问题：(1)任务队列中的任务优先级；(2)所调度任务的参数，包括起点、终点、路径等参数；(3)各医用agv运输装置状态以及调度任务与医用agv运输装置的匹配；(4)任务运行过程中的状态信息监控，位置信息上传以及紧急情况的处理。

在进行任务调度时，首先要进行任务的优先级进行判断，不同的任务具有不同的优先级。单一指标是指调度顺序只依据一个调度指标确定，调度指标通常可以是等待时间、行驶距离、行驶时间、队列长度等。复合调度指标是指将多个调度参数同时考虑，复合调度考虑因素较多，在某些情况下调度效果比单一参数调度方式更优。

实施例2

本实施例公开如图2所示的一种基于调度算法的医用agv群体物流调控方法，所述方法包括以下步骤：

s1通过电子设备对管理系统设置调度任务，并修改对应的参数；

s2利用路径选择系统对调度区域进行地图建模，根据地图建模生成实际调度方案路径；

s3调度系统选择dijkstra算法，对医用agv运输装置的起始位置进行优化计算；

s4医用agv运输装置运行在路径引导设施，对医院仓储的器械物品进行调度；

s5通信系统和监控系统记录并监控调度情况，并通过无线网络实时回传；

s6用户层通过远程监控回传信息，对调度做出微调，最终完成医院仓储调度任务。

对运输任务和医用agv运输装置的优先性排列，是在调度目标的基础上，考虑具体任务及车辆特点对其进行排序，是对调度目标的进一步扩展，最终实现运输任务和执行任务车辆的一一对应，保证无重复、无冲突的系统调度。

本实施例采用的dijkstra算法作为一种经典的最短路径搜索算法，广泛应用于智能车辆引导、紧急路径规划、gps导航等领域。dijkstra算法同传统的搜索算法不同之处在于不需对所有相连节点全面搜索，只需对部分节点进行查询即可确定最短路径。dijkstra算法在确定最短路径时，是采用类似等势线的逐级扩展搜索，直到目标点出现在搜索范围内。

综上所述，本发明综合考虑各算法的效率和适用性，确定使用dijkstra算法进行最短路径求解，大大优化了运输路径。

本发明满足了系统实时性要求，使用了动态调度，可进行人机交互微调，增加了整个调度的精准度。

本发明针对不同的实际情况，其调度需求及路径特点可能存在不同，利用调度系统和管理系统，增加了系统的通用性和灵活性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。