[發(fā)明專利]柔性制造車間系統(tǒng)中的AGV自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)時控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010631546.2
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111880405B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴家倫;吳宗澤;任志剛;李建中;劉亞強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05B13/02;G05D1/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

1.一種柔性制造車間系統(tǒng)中的AGV自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)時控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構(gòu)建AGV模型作為動力學(xué)約束，整合障礙物路徑約束，設(shè)計優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建AGV軌跡規(guī)劃最優(yōu)控制模型，從而把AGV的軌跡規(guī)劃轉(zhuǎn)化為求解帶相應(yīng)約束的最優(yōu)控制問題；

S2：根據(jù)不同的末狀態(tài)，在一定起始點(diǎn)范圍內(nèi)，離線正向求解最優(yōu)控制問題，得到最優(yōu)控制數(shù)值解，即最優(yōu)控制軌跡

其中，為第j個最優(yōu)控制軌跡，j＝1，...，m；中包含最優(yōu)控制對：s＝[x，y，θ，v，φ]，a＝[α，ω]，(x，y)為AGV中心點(diǎn)P的坐標(biāo)，θ為AGV的方位角，v為AGV在θ方向的速度，φ為AGV的轉(zhuǎn)向角，α為AGV在θ方向的加速度，ω為AGV的角速度；

S3：搭建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并利用最優(yōu)狀態(tài)控制對(s，a)離線訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

S4：將通過充分訓(xùn)練后的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為實(shí)時最優(yōu)控制器，實(shí)現(xiàn)AGV自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)時控制；

在步驟S1中，采用二自由度的車輛模型構(gòu)建AGV動力學(xué)模型；

所述AGV動力學(xué)模型為：

其中，t為時間變量，t_f為末端狀態(tài)所對應(yīng)的時刻，x(t)為t時刻AGV中心點(diǎn)P的x坐標(biāo)，y(t)為t時刻AGV中心點(diǎn)P的y坐標(biāo)，θ(t)為t時刻AGV的方位角，φ(t)為t時刻AGV的轉(zhuǎn)向角，v(t)為t時刻AGV在θ方向的速度，α(t)為t時刻AGV在θ方向的加速度，ω(t)為t時刻AGV的角速度，L_w為AGV的輪距長度；

在步驟S1中，設(shè)計優(yōu)化目標(biāo)具體包括以下步驟：

S1.1：設(shè)初始優(yōu)化目標(biāo)為

其中，t₀為初始狀態(tài)所對應(yīng)的時刻，t₀＝0；

S1.2：根據(jù)已知的障礙物位置設(shè)定不等式路徑約束為：

(x(t)-z_x_i)²+(y(t)-z_y_i)²≥(R+r_i)²

其中，(z_x_i，z_y_i)為第i個障礙物的坐標(biāo)，r_i為第i個障礙物的半徑，i＝1，...，N；R為AGV的最小外接圓半徑；

S1.3：將不等式路徑約束轉(zhuǎn)化為等式路徑約束，具體如下：

e_i＝(x(t)-z_x_i)²+(y(t)-z_y_i)²-(R+k*r_i)²≥0

設(shè)碰撞預(yù)警閾值k＝2，并對不等式路徑約束進(jìn)行平滑化處理，用消去中的min部分，最終得到只含等式約束的優(yōu)化目標(biāo)其中，ε為趨近于0的極小的正數(shù)；

在步驟S1中，所述最優(yōu)控制問題中對于一次搬運(yùn)任務(wù)，其末狀態(tài)固定；

在步驟S3中，利用最優(yōu)狀態(tài)控制對(s，a)離線訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具體為：利用不同目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)狀態(tài)控制對(s，a)，分別離線求解最優(yōu)控制問題并訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到對應(yīng)n個不同搬運(yùn)任務(wù)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型Net₁，...，Net_n并保存。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性制造車間系統(tǒng)中的AGV自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)時控制方法，其特征在于，在步驟S2中，采用最優(yōu)控制中的直接法或間接法離線正向求解最優(yōu)控制問題。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性制造車間系統(tǒng)中的AGV自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)時控制方法，其特征在于，采用直接法中的高斯偽譜法離線正向求解最優(yōu)控制問題。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性制造車間系統(tǒng)中的AGV自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)時控制方法，其特征在于，在步驟S3中，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的擬合效果進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性制造車間系統(tǒng)中的AGV自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)時控制方法，其特征在于，在步驟S2中，所述最優(yōu)控制軌跡的起始點(diǎn)不同，目標(biāo)點(diǎn)相同。