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1、西安科技大学 硕士学位论文 AGV在自动化物流系统中应用的规划研究 姓名：郭娜娜 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：侯媛彬 论文题目：AGV 在自动化物流系统中应用的规划研究 专业：控制理论与控制工程 硕 士 生：郭娜娜（签名） 指导教师：侯媛彬（签名） 摘要 自动导引小车(AGV)是现代物流系统的关键设备，它是一种无人操纵的自动化运输 设备，通过通信系统从基地主控计算机接受指令并报告自己的状态，主控机可以监控 AGV 在始发地与目的地之间自主驾驶，自动运行。本文就是研究如何使自动化物流系 统中的 AGV 接收到上位机信号，并以最高效的以最短路径实现搬运货品的功能。 本文
2、首先介绍 AGV 的一般结构并分析自动导引小车的结构特点；接着研究遗传算 法和免疫算法以及将两个算法进行比较说明了各自存在的缺陷，在此基础上提出基于免 疫遗传算法的AGV路径规划方法。 该方法主要分为二步： 第一步是利用栅格法建立AGV 的自由空间模型；第二步是采用免疫遗传算法为 AGV 寻求最优路径，并对免疫遗传算 法进行了计算机仿真。通过仿真结果可以看出 AGV 可以很好地避开了所有障碍物，从 起始点安全到达目标点，规划的路径最短且相当平滑。 其次，本文还对 AGV 的通信系统进行设计，针对 AGV 与自动化物流系统控制中 心之间的无线通信问题， 提出了一种基于ZigBee的AGV与主控机
3、之间的双向通信方法， 给出了设计方案和星型网络组网设计的程序。 最后，在实际的系统平台上实验验证了 AGV 在自动化物流系统中应用的路径规划 与通信。实验表明：小车可以从起始位置避开障碍物到达目标点，完成运货任务，并且 规划的路径为最短路径；物流系统的控制主机与 AGV 之间可以很好的实现双向通信。 圆满地实现了论文的设计目标。 关 键 词：免疫遗传算法；路径规划；ZigBee；无线通信；自动导引小车 研究类型：应用研究 SubjectSubjectSubjectSubject: : : : ResearchResearchResearchResearch onononon PlanPlanP
4、lanPlan f f f forororor AGVAGVAGVAGV AppliedAppliedAppliedApplied totototo AutomatedAutomatedAutomatedAutomated LogisticsLogisticsLogisticsLogistics SystemSystemSystemSystem SpecialtySpecialtySpecialtySpecialty: : : : ControlControlControlControl TheoryTheoryTheoryTheory andandandand ControlControlC
5、ontrolControl EngineeringEngineeringEngineeringEngineering NameNameNameName: : : : GuoGuoGuoGuo NanaNanaNanaNana(Signature)(Signature)(Signature)(Signature) InstructorInstructorInstructorInstructor : : : : HouHouHouHou YuanbinYuanbinYuanbinYuanbin(Signature)(Signature)(Signature)(Signature) ABSTRACT
6、ABSTRACTABSTRACTABSTRACT Automatic Guided Vehicle (AGV), an unmanned automatic transport equipment, is a key equipment of modern logistics system. It receives commands from the host computer and returns its status messages through communication system. The host computer of logistics system can monit
7、or and control the AGV autonomous driving from start point to end point. Functions of how to receive commands from the host computer in automated logistics system and the most efficient handling of goods in the shortest path are studied and designed in this paper. Firstly, the AGVs structures are in
8、troduced, and analysis of the AGVs structure characteristic is followed. Then the genetic algorithm (GA), immune algorithm (IA) are introduced and the former two algorithms are compared which shortcomings are analyzed. it isproposedtheAGVpathplanningmethodbasedontheimmunegenetic algorithm(IGA).This
9、method includes two steps: The first step is to use the grid method to establish the free space model of the AGV, the followed step is to find the optimal path for the AGV based on immune genetic algorithm. The results of simulation for IGA which can evade from all obstacles, reach the target point
10、from the starting point, and the path is the shortest and very smooth. Secondly,the communication system is also designed for AGV in the paper and it is proposed a two-way communication method based on ZigBee for communication between the AGV and the host computer of logistics system, designed the p
11、rograms and Star Network Group network programming. Finally, it is verified that path planning and communications for AGV in the automated logistics system by the experiment. The results show: from starting position AGV avoids obstacles to reach the target point to complete the cargo mission, and pl
12、ans the path for the shortest path.The communication of the AGV and control of the host are also designed. The host computer of logistics systems and the AGV can be realized two-way communication. The design goals are achieved successfully. KeyKeyKeyKey wordswordswordswords : : : :IGAPath planZigBee
13、Wireless communicationAGV ThesisThesisThesisThesis: : : :Application Research 1 绪论 1 1 绪论 1.1 自动化物流系统概况 1.1.11.1.11.1.11.1.1 现代物流系统的广义内涵现代物流系统的广义内涵现代物流系统的广义内涵现代物流系统的广义内涵 自动化物流系统是指在一定的时间和空间里，由所需输送的物料和相关的设备、输 送工具、仓储设施、人员及通讯联系等若干相互制约的动态要素构成的具有特定功能的 有机整体12。其内容包括自动立体仓库、自动输送机系统、自动导引小车(简称 AGV) 系统、电控系统和计算机管
14、理系统，它是一个新兴的现代化高科技产业，是集光、机、 电于一体的系统工程。物流系统由于高实时性和高可靠性的要求，适于采用分布式多进 程的监控管理方式。 将复杂的物流系统进行分解， 形成若干面向服务对象的物流中心(每 个中心包括若干缓冲站及为其服务的 AGV 和自动立体仓库)， 各物流中心既能独立运行 又可通过上级机构相互协调配合共同完成复杂的物流运输任务。 自动化物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置以及物流系统的 监控与管理3等几部分组成。 (1) 输送装置 输送装置是依照物流系统控制与管理系统的指令，将物料从某一指定点送往另一指 定点。 其中常见的输送装置主要有以下三种： 输
15、送带：从结构方式上分为辊式、带式、链式； 自动小车：分为有轨和无轨两种，无轨小车也叫自动导引小车； 机器人：分为固定式机器人和行走式机器人。 (2) 交换装置 物流系统中的物料装卸与交换装置负责物流系统中物料在不同设备之间或不同工 位之间的交换或装卸。 (3) 存储装置 目前用于物流系统的物料存储装置主要有以下四种： 立体仓库； 水平回转型自动料架； 垂直回转型自动料架； 缓冲料架。 (4) 物流系统的监控与管理 西安科技大学硕士学位论文 2 一般分为集中式和分布式两种方案：集中式方案是由一台控制主机完成物流系统的 监控与管理工作，存储所有物料信息及物流设备信息，并分别向物流系统中所有设备发
16、送指令；分布式方案是将物流系统划分为若干功能单元或子系统，每一功能单元独立监 控几台设备，单元之间相互平等和独立，每一单元之间都可以相互之间发送或接受服务 命令。 1.1.21.1.21.1.21.1.2 国内外物流系统发展现状国内外物流系统发展现状国内外物流系统发展现状国内外物流系统发展现状 由于现代物流业对本国经济发展、国民生活提高和竞争实力增强有着重要的影响， 因此，近十年来世界各国无论是发达国家还是发展中国家都十分重视物流业的发展。 目前自动化物流系统主要分布在美国、日本、德国、英国、瑞典、比利时等国家， 90 年代各国投入运行物流系统就已达到一千多套。由于发展中国家的工业基础较差， 还 没有足够的经济力量来发展物流系统的高技术，但随着市场全球化的发展，也必须面临 的国际、国内市场的激烈竞争的严峻形式，所以一直在寻求和发展能促进国民经济发展 的现代化制造技术。80 年代末 90 年代初我国逐步开始重视引进和消化吸收国外的先进 物流系统技术及设备， 并在此基础上， 结合我国国情， 开发了一批“准柔性制造系统”。 在我国制造业的中长期发展规划中，已
