AGV与四向穿梭车调度-多智能体路径规划问题初步探索

       有朋友最近在研究AGV的调度问题。让我帮忙进行一些程序的开发。顺着他的描述发现了一个很有意思的课题--多智能体路径规划(MAPF)。也顺便了解了该了一下相关信息。

        在现代物流行业中,仓储方式不断发生改变。  从最开始的人力+地面平库,然后随着机械化推广,变为了叉车+高货架平库,再接着自动化设备获得快速发展,空间利用率更高的立体库出现了,相关的设备有堆垛机,AGV,AMR与CTU等。而比立体仓库空间利用率更高的便是密集存储仓库了,相关设备有多层穿梭车库,子母穿梭车库与四向穿梭车库等。

        上述的设备中,绝大部分的设备都是有轨的,或者活动区域确定,多个单体设备之间,活动区域不重复的,这些设备的调度相对简单,仅仅是下发任务指令(如任务起始地址,任务结束地址,任务动作,任务编码等)便可以完成设备的调度。

        但有些设备,为了追求更高的灵活度与柔性配置,其活动区域是公共区域,这时候公共区域内多个设备的调度便成了一个问题。智能分拣车,AGV与四向穿梭车便是这种情况。此类设备的调度难度相对于其他设备是较高的,尤其是同一空间内,设备数量较多时,如何让它们不会冲突,不会死锁,同时又合理有序的分配并完成多个任务,是一个非常有意思的课题。

        在以前学习算法的时候,学习过比较基本的基于贪心思想的广度优先(BFS)路径规划算法。大概温习下,通过该算法实现一个简单路径规划的程序。

        如下图所示,假设红色为AGV,浅绿色为AGV可移动轨道,深绿色为规划路径,箭头为在该路径上的移动方向。

                        ​​​​​​​        

        该算法基于最简单的广度优先实现。在算法性能上,没有优势,不过得益于现在计算机性能的提升,当地图规模不大时,可以很快得到想要的结果。

        后续会探究如果对该单体路径规划算法进行优化,并结合一定策略实现区域内多智能体路径规划。

        

        

        

<think>嗯,用户的问题是关于多AGV协同路径规划中的冲突避免算法和解决方案。我需要先理解用户的具体需求。他们可能是在智能仓储或者物流系统中遇到了多AGV协同作业时的冲突问题,比如死锁或者碰撞,想要找到有效的解决方法。 首先,我应该回顾一下已有的文献和现有的解决方案。根据提供的引用内容,有几种方法被提到,比如改进静态算法加入动态机制、时间窗技术、分区调度算法,以及多步前瞻性主动避障算法。这些方法各有优缺点,需要详细解释给用户。 用户可能对技术细节不太熟悉,所以需要将复杂的算法用简单易懂的语言说明。例如,时间窗技术是如何通过预约路径段的时间来避免冲突的,或者分区调度如何通过划分区域来减少冲突的可能性。同时,应该结合具体的应用场景,比如仓储环境中的动态需求,说明这些方法的适用性。 另外,用户可能还关心实际应用中的效果,比如算法的鲁棒性、扩展性,以及实施成本。比如引用中提到HEGERLS穿梭的两种避让模式,这可能涉及到路径规划和实时调整的结合,需要解释这两种模式是如何运作的。 还要注意引用中的内容,确保在回答中正确标注来源。比如,改进静态算法和主动避障算法的实验结果来自引用1,时间窗和Dijkstra结合的方法来自引用2,分区调度和HEGERLS的案例来自引用3。 用户可能没有提到的深层需求包括算法的实时性、系统扩展能力、以及实施这些解决方案所需的资源。例如,主动避障算法虽然效果好,但可能需要更高的计算能力,而时间窗技术可能在动态环境中需要频繁调整,影响效率。 最后,生成的相关问题需要覆盖用户可能进一步关心的方面,比如算法的实时性处理、动态环境下的调整、任务调度的结合,以及实际应用中的优化案例。这些问题可以帮助用户更全面地理解和选择适合自己系统的解决方案。</think>针对多AGV协同路径规划的冲突避免问题,以下是系统性解决方案及关键技术分析: ### 一、核心冲突类型 多AGV系统中主要存在三种冲突: 1. **路径交叉冲突**:两在交叉路径点相遇 2. **对向行驶冲突**:相向行驶辆在通道相遇 3. **追赶冲突**:同向行驶辆因速度差异导致追尾[^1] ### 二、主流解决方案 #### 1. 改进型静态算法+动态机制 - **基础算法**:Dijkstra/A*算法规划初始路径 - **冲突检测**:引入时间窗技术(Temporal Windows) - **动态调整**:实时检测冲突后重新规划局部路径 - **优势**:计算效率高,适合中小规模系统[^2] ```python # 时间窗冲突检测伪代码示例 def check_conflict(path1, path2): for (t1, node1), (t2, node2) in zip(path1, path2): if node1 == node2 and abs(t1 - t2) < safety_interval: return True return False ``` #### 2. 多步前瞻性主动避障算法 - 基于预测模型预判未来N步路径 - 建立交通流量热力图 - 路径优化目标函数: $$ \min \sum_{k=1}^{n} (w_1 \cdot t_k + w_2 \cdot c_k) $$ 其中$t_k$为行驶时间,$c_k$为冲突概率,$w$为权重系数 #### 3. 分区调度算法 - 动态划分工作区域 - 采用"出租接单"模式分配任务 - 实现特征: - 跨区作业能力 - 辆替代性 - 双层避让策略(规划时避让+运行时避让)[^3] ### 三、算法性能对比 | 方法 | 实时性 | 扩展性 | 计算复杂度 | 适用场景 | |---------------------|--------|--------|------------|------------------| | 改进静态算法 | 中 | 一般 | O(n^2) | 中小型仓储 | | 主动避障算法 | 高 | 优 | O(n log n) | 动态复杂环境 | | 分区调度 | 高 | 优 | O(n) | 大规模多层仓库 | ### 、实施建议 1. **环境评估**:先进行货架密度、AGV数量、任务频率建模 2. **混合策略**:静态算法处理常规路径+强化学习处理突发冲突 3. **仿真验证**:使用AnyLogic/FlexSim进行数字孪生测试 4. **硬件协同**:结合UWB定位系统(精度±10cm)提升实时性
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