一种基于任务与资源匹配AGV集群调度系统及方法与流程

本发明涉及agv调度，具体为一种基于任务与资源匹配agv集群调度系统及方法。

背景技术：

1、随着智能制造和智慧仓储的快速发展，现代工厂和物流中心通常同时运行着叉车式agv、滚筒转运agv和堆垛机器人等多种异构设备，各类设备在载重能力、运行速度和适用巷道条件等方面存在显著差异，构成异构agv集群。如何高效调度该异构集群协同完成物料搬运任务，是当前智慧物流领域面临的核心技术难题。

2、现有agv集群调度方案在实际应用中存在以下问题。

3、一、任务-资源匹配模式单一，灵活性不足。现有方案普遍采用“任务类型→指定agv类型”的硬匹配规则，当匹配类型的agv全部忙碌时，即使多台其他类型空闲agv的组合能力满足任务需求，系统也无法自动启用多机协作模式，导致空闲资源浪费而任务持续积压。

4、二、充电调度与任务调度相互分离。agv电量低于阈值即中断当前任务前往充电，对于多机协作任务，单台agv中途退出将导致整个编队停滞，严重影响任务连续性。

5、综上，现有agv集群调度方案亟需一种能够实现灵活的多模式任务-资源匹配、充电调度与任务调度的深度融合的统一调度系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于任务与资源匹配agv集群调度系统及方法，解决现有技术存在的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于任务与资源匹配agv集群调度系统，其特征在于，包括：

4、任务解析与分解模块，用于接收上层系统下发的物流任务，提取任务属性，将任务动态分解为包含取货、转运、卸货的标准化原子任务序列，并确定各原子任务的资源匹配需求；

5、agv动态能力画像模块，用于实时采集并维护集群中各agv的静态能力参数与动态状态参数，将其整合为统一格式的能力向量；

6、多模式任务-资源匹配模块，用于根据所述资源匹配需求和所述能力向量，在单机执行与多机协作两种模式之间进行匹配与择优，输出包含执行模式、参与agv标识列表及主从角色分配的调度方案；

7、时空同步路径规划模块，用于根据所述调度方案为各参与agv生成带时间窗的时空轨迹；

8、预测性资源调度模块，用于预测未来任务密度分布以进行空闲agv预部署，以及基于各agv的任务计划和电量消耗趋势在任务间隙安排充电；

9、动态调整模块，用于在多机协作任务中检测跟随agv的位置偏差并进行闭环动态补偿，以及在agv发生故障时执行重调度。

10、进一步，所述多模式任务-资源匹配模块包括单机匹配子模块、协作组合搜索子模块和方案择优子模块，其中单机匹配子模块与协作组合搜索子模块并行执行，所述方案择优子模块遵循单机方案优先原则：仅当单机方案为空或单机方案的预估完成时间显著长于协作方案时，才选择协作方案。

11、进一步，所述协作组合搜索子模块在具备协作功能标识且处于空闲状态的agv中搜索多机组合方案，搜索条件包括：组内各agv的额定载重之和大于或等于重量约束；组内各agv之间的无线通信延迟均低于预设的协作延迟阈值；组内各agv到取货工位的距离之间的最大差异不超过预设的编组集结距离阈值。

12、进一步，当执行模式为多机协作时，多模式任务-资源匹配模块选择满载实际加速度最大且指令响应延迟最小的agv担任主agv，其余agv担任跟随agv。

13、进一步，所述时空同步路径规划模块包括主轨迹生成子模块和跟随轨迹生成子模块，其中跟随轨迹生成子模块以主agv参考时空轨迹为基准，对主agv参考时空轨迹上每个时间点的坐标进行空间平移和时间偏移，生成每台跟随agv的个体时空轨迹；其中所述空间平移是指将主agv参考轨迹上每个时间点的坐标加上该跟随agv对应的编队位置偏移向量，所述时间偏移是指将主agv参考轨迹在时间轴上平移一个时间提前量，所述时间提前量由该跟随agv与主agv的响应延迟差与加速度差两部分之和构成。

14、进一步，所述预测性资源调度模块包括智能充电调度子模块，智能充电调度子模块对被标记为低电量风险的agv，将其当前执行任务与已分配后续任务按时间顺序排列构建任务时间线，遍历任务时间线上相邻两个任务之间的间隙，若间隙时长大于或等于最小充电时长的空闲时间窗口，则在该窗口内插入充电任务，若不存在满足条件的空闲时间窗口，则将该agv标记为充电风险状态并限制其接收新任务。

15、进一步，所述动态调整模块包括任务偏差检测子模块，任务偏差检测子模块采用闭环动态补偿方法计算补偿速度，补偿速度的计算公式为：

16、；

17、式中：为第台跟随agv在时刻的补偿速度指令（）；为第台跟随agv在时刻的标称规划速度，取主agv当前速度的预设比例作为安全跟踪速度（）；为第台跟随agv在时刻的位置偏差，即实际位置与预设编队位置的欧氏距离（）；为第台跟随agv的比例增益系数；为第台跟随agv的微分增益系数；为监控周期（）。

18、进一步，所述动态调整模块包括动态重调度子模块，动态重调度子模块在监测到主agv发生故障或心跳超时时，执行以下弹性自愈流程：若原跟随agv中存在能力满足继续执行任务条件的agv，则将其提升为新的主agv；若因载重需求需补位agv，则自动搜索最近的空闲可用agv，完成快速标定后补入编队；保留已完成进度，仅从当前停止位置重新规划剩余转运路径。

19、一种基于任务与资源匹配agv集群调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

20、步骤s1：接收物流任务，提取任务属性，将任务动态分解为包含取货、转运、卸货的标准化原子任务序列，并确定各原子任务的资源匹配需求；

21、步骤s2：实时采集并维护集群中各agv的静态能力参数与动态状态参数，整合为统一格式的能力向量；

22、步骤s3：并行执行单机匹配和协作组合搜索，遵循单机方案优先原则输出最终调度方案，最终调度方案包括执行模式、参与agv标识列表及主从角色分配；

23、步骤s4：根据任务时效等级为agv或主agv生成带差异化节点优先级权重的参考时空轨迹，对于多机协作模式，以主agv参考轨迹为基准，根据每台跟随agv与主agv在指令响应延迟和加速度上的差异，对参考轨迹进行空间平移和时间偏移，生成各跟随agv的个体时空轨迹；

24、步骤s5：预测未来各区域的任务密度分布，将空闲且电量充足的agv提前调度至预期高任务密度区域，并推演各agv的电量变化曲线，在电量预测将跌破安全阈值前于任务间隙中插入充电任务；

25、步骤s6：实时获取各agv的位置和任务进度，在多机协作任务中检测跟随agv的位置偏差并进行闭环动态补偿，当检测到agv故障或新紧急任务插入时，对受影响且未完成的原子任务执行增量式重调度。

26、进一步，所述步骤s2还包括新agv即插即用过程：新agv首次接入网络时，自动广播设备序列号和类型码，查询设备型号库自动匹配默认静态参数，并下发标准标定任务完成能力标定，标定结果自动更新至能力向量，协作同步参数初始值采用同型号agv的平均值。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1、本发明通过多模式任务-资源匹配模块并行执行单机匹配与协作组合搜索，并遵循单机优先原则，当能力满足的单机均忙碌时自动评估并启用多机协作方案，充分利用空闲agv资源完成原本需要等待的任务，显著提升异构agv集群的总体资源利用率。

29、2、本发明通过预测性资源调度模块推演各agv的电量变化趋势，在电量跌破安全阈值前利用相邻任务之间的空闲时间窗口主动插入充电任务，从根本上避免agv在执行任务中途被迫退出，尤其是保障多机协作任务执行期间编队内所有agv电量充足，杜绝因单台agv中途离场而导致整个编队停滞的问题。

30、3、本发明通过动态重调度子模块中的弹性自愈机制，在主agv故障时自动将满足能力的跟随agv提升为新主agv、自动搜索并标定补位agv、保留已完成进度并从当前位置恢复任务，最大限度地保障任务连续性，提升系统的鲁棒性与可扩展性。