[发明专利]基于图论KM匹配算法的AGV自动调度方法

摘要

本发明属于车辆调度技术领域，具体为一种基于图论KM匹配算法进行AGV自动调度的方法。对于车辆调度，将任务和车辆都抽象化为一个点，借用图论知识进行完全匹配，以提供一个有效的决策方案。在现有的AGV调度方面，存在着难以产生有效调度和调度效果不够理想的状况，当AGV和任务数量庞大时，算法的运算效率不够，以至于不能时时接收外界信息并产生结果。此外对于很多调度算法其调度结果运转周期效率往往不够高。本发明采用改进KM匹配算法，经过模拟测试，可以提供一种更高效的调度决策。

主权项

1.一种基于图论K匹配算法的AGV自动调度方法，针对各种实际情况进行数据转化，取一个时间窗口将传来的任务信息和AGV信息抽象成一个点；图论KM匹配算法中的充电调度模型如下：设有3个充电站、数个AGV，当AGV电量过低时调度AGV到充电站去进行充电；充电站用换电池方法进行充电，由于充电站数目有限，且不同充电站AGV充电方式有差异，需要合理安排AGV去充电站的数目和时间；在调度车辆充电时，需要考虑一下因素：(1)每辆车到达充电站的时间；(2)不同充电站的充电时间；(3)充电站已经在排队的车辆数目；(4)AGV当前电量；于是调度的内容包括车辆充电的次序和去哪个充电站充电：关于车辆充电的次序的调度，首先，对AGV进行分类，对AGV当前电量在60％以下，进行充电调度，对AGV当前电量在40％以下的，进行标记，这两个百分比值都可以调节；然后，将这些AGV筛选出来，按电量从低到高排序，并按照此顺序派去进行充电；其中，当前电量在40％以下的，充电最为优先，若无法充电，则暂时停靠原位或直接到充电站排队；对于40％‑60％则看充电站空闲情况，进行预估型的充电，估计40％‑60％电量的车有多少、将要进入40％的车辆有多少，然后派去充电；关于充电站的调度，在每个充电站形成一个列表，这个列表包含将要派去的AGV预计花费时间，并相应生成一个最后完成时间；随后，是每次派车去的时候，更新三个充电站的列表，修改这个列表中AGV到达序列，使得这个最后完成时间最小；在维护这一张表的时候进行如下操作：(1)将某一AGV插入到表中，并调整整个列表使得该表完成时间最短，记录最短时间；(2)比较同一AGV在不同充电站的最短时间，选取最短完成时间的充电站更新列表：对于一个图，将其划分为A、B两组；对于A、B两组，本组内成员之间没有连线，但一组的某个成员与另一组的所有成员之间都有连线，也即二分图；两组中，一组用灰色圆点表示，另一组用黑色圆点表示，将这个图跟实际项目进行对应；将黑色圆点视为一个任务，灰色原圆点视为AGV车辆；这样黑点与灰点之间的连线可赋予一个权值，这个权值即对应于该车辆完成该任务的时间花费，也即采用时间矩阵中的值；在该模型下，问题就变为求一个完全匹配且权值和最小的问题，这个问题与求权值和最大是一个对偶问题；求最大权值和算法的具体步骤为：黑色点对应任务，灰色点对应AGV，从左到右依次记为1,2,3，…，边上的值对应为权值，记为weight(i,j)，然后给每个圆点赋予一个顶标值；在开始阶段将黑色圆点的顶标值，记为lx(i)；记录与这个圆点所连边中的最大权值；然后将灰色圆点的顶标值，记为ly(j)，全部赋值为0；然后开始从黑色圆点遍历计算一下过程：(1)依次选取一个黑色定点i；(2)遍历灰色顶点，对每个没有匹配的顶点j，计算是否有lx(i)+ly(j)＝weight(i,j)，若是，则将两个边标记为一个匹配组，也即AGV j发车给任务i，同时回到第1步选下一个黑点；若不是，前往下一个灰色点；(3)若在第(2)步中没有一个灰色点匹配上，则开始遍历已标记的灰色顶点，同样计算是否有lx(i)+ly(j)＝weight(i,j)，若是，则回溯到该灰色顶点匹配的黑色定点上，重新计算步骤(2)，若计算返回这个已匹配顶点有新的顶点，则修改匹配结果；若不是，则进入步骤(4)；(4)若在第(3)步中，没有一个灰色点匹配上，则进行松弛操作，操作过程为：计算所有已标记黑色顶点i与未标记匹配的灰色顶点j中，定标和与边权差的最小值，即：slack＝{lx(i)+ly(j)‑weight(i,j)}i∈黑色已匹配点j∈灰色未匹配点；(5)、对所有已匹配的黑点减去slack值，所有已标记灰色点加上slack值。