車間作業(yè)移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范

1車間作業(yè)移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范本文件規(guī)定了車間作業(yè)移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)（以下簡稱“調(diào)度系統(tǒng)”）的術(shù)語和定義、縮略語、組成、分類、功能、設(shè)計原則、設(shè)計要求、運(yùn)行維護(hù)要求、性能和技術(shù)指標(biāo)以及檢驗和試驗方法等。本文件適用于面向車間作業(yè)的移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)，不適用于人機(jī)協(xié)作移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)、室外移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)、空中和水中的移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)以及特殊環(huán)境下的移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/TGB/TGB/T8567-200615532-200820721-2022計算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范計算機(jī)軟件測試規(guī)范自動導(dǎo)引車通用技術(shù)條件GB/T38634.2-2020系統(tǒng)與軟件工程軟件測試第2部分：測試過程物流機(jī)器人移動機(jī)器人GB/T41402-2022物流機(jī)器人移動機(jī)器人3術(shù)語和定義GB/T42830-2023中3.1、3.2、3.1信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范詞匯3.3、3.5、3.6界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。移動機(jī)器人集群mobilerobotscluster3.2移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)mobilerobotsclusterschedulingsystem（MRCSS）協(xié)調(diào)和控制多臺移動機(jī)器人并行、有序、高效運(yùn)行的智能控制系統(tǒng)。3.3調(diào)度軟件schedulingsoftware用于協(xié)調(diào)和控制多臺移動機(jī)器人協(xié)同完成車間運(yùn)輸任務(wù)的應(yīng)用軟件。3.42訂單order上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)向調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)需要執(zhí)行的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。[來源：T/SSITS204-2023，術(shù)語和定義3.3]3.5任務(wù)task根據(jù)當(dāng)前執(zhí)行訂單，允許工業(yè)應(yīng)用移動機(jī)器人從當(dāng)前位置開始運(yùn)動的相關(guān)地圖資源及動作指令序列。[來源：T/SSITS204-2023，術(shù)語和定義3.4]3.6狀態(tài)status在工業(yè)應(yīng)用移動機(jī)器人中，狀態(tài)是指車體位置狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)、電池狀態(tài)、異常事件狀態(tài)和設(shè)備數(shù)據(jù)等。[來源：T/SSITS204-2023，術(shù)語和定義3.5]3.7狀態(tài)碼statuscode用于表示移動機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)字編碼。3.8地圖map為工業(yè)應(yīng)用移動機(jī)器人做路徑規(guī)劃時所使用的場景數(shù)據(jù)，包含點(diǎn)、段、站等元素。[來源：T/SSITS204-2023，術(shù)語和定義3.2]3.9導(dǎo)航標(biāo)記物deadlock用于幫助移動機(jī)器人進(jìn)行定位和導(dǎo)航的特定標(biāo)記。3.10多機(jī)編隊multi-robotformation為執(zhí)行多機(jī)協(xié)同的運(yùn)輸任務(wù)，多臺移動機(jī)器人按照一定的結(jié)構(gòu)形式在三維空間內(nèi)形成的相對穩(wěn)定的隊形，并且編隊結(jié)構(gòu)能根據(jù)外部情況和任務(wù)需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。3.11機(jī)載robot-mounted移動機(jī)器人本體上搭載的軟硬件。3.12微基站microcell3微型化的基站，通常指在樓宇中或密集區(qū)安裝的小型基站。[來源：T/SSITS205-2023，術(shù)語和定義3.8]3.13上行up-link數(shù)據(jù)從被調(diào)度的移動機(jī)器人傳輸至調(diào)度系統(tǒng)的過程。3.14下行down-link數(shù)據(jù)從調(diào)度系統(tǒng)傳輸至被調(diào)度的移動機(jī)器人的過程。3.15上位系統(tǒng)uppersystem位于調(diào)度系統(tǒng)上層，向調(diào)度系統(tǒng)推送訂單或任務(wù)的工業(yè)控制系統(tǒng)或工業(yè)信息系統(tǒng)。3.16聯(lián)動設(shè)備relevantequipment通過I/O接口與移動機(jī)器人互聯(lián)，并實現(xiàn)信息共享、指令傳遞和任務(wù)協(xié)同的設(shè)備。3.17任務(wù)分配taskassignment在約束函數(shù)、效用函數(shù)和任務(wù)關(guān)聯(lián)函數(shù)的制約下，將各個任務(wù)分配給空閑移動機(jī)器人執(zhí)行的過程。3.18路徑規(guī)劃pathplanning調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)要求和環(huán)境約束，設(shè)計一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的連續(xù)避障運(yùn)動路徑的過程。3.19交通管制trafficcontrol為以避免碰撞、減少擁堵和提高效率，基于一定的通行策略，對移動機(jī)器人的行駛進(jìn)行限制和引導(dǎo)的方法。3.20阻塞obstruction移動機(jī)器人因密度過大而行駛緩慢或停駛的現(xiàn)象。3.21死鎖deadlock4多臺移動機(jī)器人因爭奪有限的資源而相互等待，導(dǎo)致各個任務(wù)都無法繼續(xù)向前推進(jìn)的一種狀態(tài)。3.22效用函數(shù)utilityfunction反映調(diào)度系統(tǒng)綜合性能優(yōu)劣的加權(quán)函數(shù)，其權(quán)重根據(jù)目標(biāo)偏好設(shè)定。3.23調(diào)度并發(fā)量concurrentquantityofscheduling同一時間內(nèi)，調(diào)度系統(tǒng)可同時控制的移動機(jī)器人最大臺數(shù)。3.24總存儲容量totalstoragecapacity調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)所有服務(wù)器能夠存儲的數(shù)據(jù)量的總和。3.25無線信號強(qiáng)度wirelesssignalstrength無線網(wǎng)絡(luò)信號的強(qiáng)弱程度。3.26作業(yè)面積coveringarea在調(diào)度系統(tǒng)的控制下，移動機(jī)器人集群可執(zhí)行任務(wù)的物理空間范圍。3.27位置控制精度positioncontrolaccuracy在調(diào)度系統(tǒng)控制下，移動機(jī)器人在工作環(huán)境中的實際位置與期望位置之間的偏差值。3.28數(shù)據(jù)傳輸RTTRTTofdatatransmission數(shù)據(jù)從發(fā)送端發(fā)出為起始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認(rèn)信息為止所經(jīng)歷的3.29響應(yīng)時間responsetime3.30丟包率packetlossrate在數(shù)據(jù)傳輸過程中，丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量占所發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)的比例。3.31容錯率faulttolerancerate調(diào)度系統(tǒng)能夠容許的移動機(jī)器人故障比率，可通過計算故障移動機(jī)器人臺數(shù)與受調(diào)度移動機(jī)器3.32任務(wù)執(zhí)行成功率taskexecutionsuccessrate4縮略語下列縮略語適用于本文件。2D：二維（Two-dimensional）3D：三維（Three-dimensional）5G：第五代移動通信技術(shù)（5thGenerationMobileCommunicationTechnology）A/D：模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter）AGV：自動導(dǎo)引車（AutomatedGuidedVehicle）AI：人工智能（ArtificialIntelligence）AMR：自主移動機(jī)器人（AutonomousMobileRobot）AP：接入點(diǎn)（AccessPoint）APS：先進(jìn)規(guī)劃與排程系統(tǒng)（AdvancedPlanningandSchedulingSystem）API：應(yīng)用程序編程接口（ApplicationProgrammingInterface）ARP：地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol）BIM：建筑信息模型（BuildingInformationModeling）C/S：客戶端/服務(wù)器（Client/Server）CPS：信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem）ERP：企業(yè)資源計劃（EnterpriseResourcePlanning）FMS：柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）HMI：人機(jī)界面（HumanMachineInterface）HTTPS：超文本傳輸安全協(xié)議（HypertextTransferProtocolSecure）I/O：輸入/輸出接口（Input/Output）ID：身份（Identity）IP：網(wǎng)際互連協(xié)議（InternetProtocol）IMR：工業(yè)應(yīng)用移動機(jī)器人（IndustrialMobileRobot）JSON：JS對象簡譜（JavaScriptObjectNotation）LAN：局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork）LPWAN：低功率廣域網(wǎng)絡(luò)（Low-PowerWide-AreaNetwork）MAS：多智能體系統(tǒng)（Multi-AgentSystem）MES：制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem）MR：移動機(jī)器人（MobileRobot）MQTT：消息隊列遙測傳輸（MessageQueuingTelemetryTransport）NP：非確定多項式（Non-deterministicPolynomial）PRM：概率路線圖（ProbabilisticRoadMap）6RRT：快速搜索隨機(jī)樹（Rapidly-exploringRandomTree）RTT：往返時間（Round-TripTime）SaaS：軟件即服務(wù)（SoftwareasaService）SDK：軟件開發(fā)工具包（SoftwareDevelopmentKit）TCP/IP：傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）UDP：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UserDatagramProtocol）UWB：超寬帶（Ultra-WideBand）Wi-Fi：無線保真（WirelessFidelity）WCS：倉庫控制系統(tǒng)（WarehouseControlSystem）WMS：倉庫管理系統(tǒng)(WarehouseManagementSystem)XML：可擴(kuò)展標(biāo)記語言（ExtensibleMarkupLanguage）5組成、分類、功能5.1結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，調(diào)度系統(tǒng)為層次型結(jié)構(gòu)，由上至下可分為五層：應(yīng)用層、調(diào)度層、通信層、執(zhí)行層、感知層。圖1移動機(jī)器人集群調(diào)度系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)7a）應(yīng)用層：接收和處理來自用戶或上位系統(tǒng)推送的訂單或任務(wù)請求，監(jiān)控訂單或任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)，包括圖形用戶界面、上位系統(tǒng)等；b）調(diào)度層：根據(jù)訂單或任務(wù)請求對移動機(jī)器人的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度和管理，包括調(diào)度軟件、調(diào)度服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器等；c）通信層：負(fù)責(zé)調(diào)度系統(tǒng)與應(yīng)用層的有線通信以及調(diào)度系統(tǒng)與移動機(jī)器人的無線通信，包括微基站、交換機(jī)、路由器、集線器、無線AP等通信設(shè)備以及各種通信協(xié)議。d）執(zhí)行層：執(zhí)行通信層下發(fā)的控制指令，包括移動機(jī)器人本體和聯(lián)動設(shè)備等；e）感知層：通過機(jī)載傳感器采集移動機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)和車間環(huán)境數(shù)據(jù)，包括移動機(jī)器人機(jī)載傳感器、環(huán)境參數(shù)采集傳感器、監(jiān)控相機(jī)等。調(diào)度系統(tǒng)的實際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場景、任務(wù)需求以及移動機(jī)器人類型的不同靈活配置。調(diào)度系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例見附錄A。5.2類型劃分根據(jù)不同的分類方法，調(diào)度系統(tǒng)的類型可分為：a)按服務(wù)模式劃分為：SaaS化調(diào)度系統(tǒng)和本地調(diào)度系統(tǒng)；b)按空間形式劃分為：平面（2D）調(diào)度系統(tǒng)和立體（3D）調(diào)度系統(tǒng)；c)按運(yùn)行模式劃分為：無人化調(diào)度系統(tǒng)、人機(jī)協(xié)作調(diào)度系統(tǒng)和人工調(diào)度系統(tǒng)；d)按工作節(jié)拍劃分為：固定節(jié)拍調(diào)度系統(tǒng)、變節(jié)拍調(diào)度系統(tǒng)和無節(jié)拍調(diào)度系統(tǒng)；e)按行駛路徑劃分為：物理軌道調(diào)度系統(tǒng)、虛擬軌道調(diào)度系統(tǒng)和無軌道調(diào)度系統(tǒng)；f)按調(diào)度方式劃分為：集中式調(diào)度系統(tǒng)、分布式調(diào)度系統(tǒng)和混合式調(diào)度系統(tǒng)；g)按調(diào)度規(guī)模劃分為：小型調(diào)度系統(tǒng)、中型調(diào)度系統(tǒng)、大型調(diào)度系統(tǒng)、超大型調(diào)度系統(tǒng)；h)按兼容程度劃分為：通用型調(diào)度系統(tǒng)和專用型調(diào)度系統(tǒng)；i)按應(yīng)用領(lǐng)域劃分為：倉儲物流調(diào)度系統(tǒng)和生產(chǎn)線調(diào)度系統(tǒng)。5.3主要功能5.3.1多模式運(yùn)行a)命令行模式：用戶通過鍵入命令和數(shù)據(jù)控制調(diào)度系統(tǒng)執(zhí)行單步操作；b)批處理模式：調(diào)度系統(tǒng)讀取用戶輸入的批處理腳本自動批量地執(zhí)行任務(wù)；c)交互界面模式：用戶通過圖形化界面操控調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行；d)上位系統(tǒng)模式：調(diào)度系統(tǒng)將自身控制權(quán)限交由上位系統(tǒng)，由上位系統(tǒng)控制其運(yùn)行。5.3.2參數(shù)設(shè)置a)地圖參數(shù)設(shè)置：設(shè)置地圖上的運(yùn)行區(qū)、充電區(qū)、緩存區(qū)、障礙物、路網(wǎng)、虛擬軌道、節(jié)點(diǎn)、站點(diǎn)、停泊點(diǎn)等；b)任務(wù)參數(shù)設(shè)置：設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級、起始工位、目標(biāo)工位、起止時間等；c)機(jī)器人參數(shù)設(shè)置：設(shè)置機(jī)器人的IP地址、位置、速度、加速度、朝向等；d)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置：設(shè)置運(yùn)行節(jié)拍、運(yùn)行時間等。5.3.3智能調(diào)度基于智能算法對移動機(jī)器人集群進(jìn)行任務(wù)分配、路徑規(guī)劃和交通管制，使移動機(jī)器人集群安全、有序、高效地運(yùn)行。5.3.4信息管理8a)用戶管理：對用戶信息、人員角色、操作權(quán)限等進(jìn)行管理；b)機(jī)器人管理：對機(jī)器人IP地址、機(jī)器人狀態(tài)、機(jī)器人軌跡等進(jìn)行管理；c)地圖管理：對地圖創(chuàng)建、地圖導(dǎo)入、地圖編輯、地圖列表、地圖顯示、地圖導(dǎo)出、地圖保存等進(jìn)行管理；d)訂單管理：對訂單新建、訂單導(dǎo)入、訂單列表、訂單狀態(tài)、訂單優(yōu)先級、訂單修改、訂單刪除、訂單開始時間、訂單完成時間、訂單完成進(jìn)度等進(jìn)行管理；e)任務(wù)管理：對任務(wù)新建、任務(wù)導(dǎo)入、任務(wù)列表、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)優(yōu)先級、任務(wù)修改、任務(wù)刪除、任務(wù)開始時間、任務(wù)完成時間、任務(wù)完成進(jìn)度等進(jìn)行管理；f)日志管理：對用戶操作日志、設(shè)備運(yùn)行日志、軟件運(yùn)行日志、異常和故障日志等進(jìn)行管理。5.3.5信息融合a)單機(jī)信息融合：移動機(jī)器人對其自身傳感器采集到的多源異構(gòu)信息進(jìn)行融合，以準(zhǔn)確、全面地獲取自身狀態(tài)以及環(huán)境參數(shù)。b)多機(jī)信息融合：多臺移動機(jī)器人之間共享和整合各自獲取的局部信息，實現(xiàn)更大場景、更高維度的信息融合，以更好地適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，主要包括多機(jī)協(xié)同建圖、多機(jī)協(xié)同定位、多機(jī)自組網(wǎng)通信等。5.3.6信息查詢調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)提供以下信息查詢功能：a)環(huán)境參數(shù)查詢：可查詢溫度、濕度、大氣壓、光照等環(huán)境參數(shù)；b)地圖信息查詢：可查詢地圖上的運(yùn)行區(qū)、充電區(qū)、緩存區(qū)、障礙物、路網(wǎng)、虛擬軌道、節(jié)點(diǎn)、站點(diǎn)、停泊點(diǎn)等；c)機(jī)器人信息查詢：可查詢移動機(jī)器人的位姿、速度、加速度、朝向、負(fù)載、電池電量、行駛里程、運(yùn)行時間、運(yùn)行軌跡、異常和故障等；d)訂單和任務(wù)信息查詢：可查詢訂單數(shù)量、任務(wù)數(shù)量、訂單開始時間、任務(wù)開始時間、訂單完成時間、任務(wù)完成時間、訂單完成進(jìn)度、任務(wù)完成進(jìn)度等；e)系統(tǒng)信息查詢：可查詢硬件配置、硬件狀態(tài)、軟件版本、軟件狀態(tài)、系統(tǒng)用戶、用戶狀態(tài)、I/O端口狀態(tài)、異常和故障、總行駛里程、總能耗、總運(yùn)行時間、匯總報表、系統(tǒng)日志等。5.3.7實時監(jiān)控a)環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控：實時監(jiān)控車間的溫度、濕度、大氣壓、光照等環(huán)境參數(shù)；b)機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控：實時監(jiān)控移動機(jī)器人的位置、速度、加速度、朝向、負(fù)載、電池電量、行駛里程、運(yùn)行時間、運(yùn)行軌跡、異常和故障等；c)訂單和任務(wù)狀態(tài)監(jiān)控：實時監(jiān)控訂單和任務(wù)的執(zhí)行進(jìn)度，包括已完成的步驟和剩余步驟；d)通信和連接狀態(tài)監(jiān)控：實時監(jiān)控移動機(jī)器人、聯(lián)動設(shè)備、調(diào)度系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)；e)視頻監(jiān)控：通過機(jī)器人機(jī)載相機(jī)或場地上方固定相機(jī)獲取現(xiàn)場實時監(jiān)控視頻；f)異常和故障監(jiān)控：對于異常事件和故障，實時生成警報信息，給出對應(yīng)的錯誤代碼，并通知運(yùn)維人員進(jìn)行檢查和處理。5.3.8狀態(tài)記憶a)位姿記憶：調(diào)度系統(tǒng)自動記憶移動機(jī)器人在環(huán)境中的位姿，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，移動機(jī)器人可快速重定位到上次位姿；9軌跡記憶：調(diào)度系統(tǒng)自b)動記憶移動機(jī)器人走過的路徑，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，移動機(jī)器人可繼續(xù)沿上次路徑繼續(xù)行駛；任務(wù)記憶：調(diào)度系統(tǒng)自動記憶任務(wù)中斷數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，被中斷的任務(wù)可從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)連接記憶：調(diào)度系統(tǒng)自動記憶硬件設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，硬件設(shè)備可快速重新d)聯(lián)網(wǎng)。5.3.9自動充電移動機(jī)器人在電量不足時，能夠自動尋找充電樁進(jìn)行對接充電，全程無需人工干預(yù)。5.3.10系統(tǒng)安全應(yīng)符合本文件中6.6的各項規(guī)定。5.3.11數(shù)據(jù)對接a)系統(tǒng)與系統(tǒng)的對接：調(diào)度系統(tǒng)可與上位系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，如APS、MES、ERP、WCS、WMS等；b)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的對接：調(diào)度系統(tǒng)中，各臺移動機(jī)器人之間以及移動機(jī)器人與聯(lián)動設(shè)備之間可通過I/O接口進(jìn)行數(shù)據(jù)對接。5.3.12二次開發(fā)調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)向用戶提供API或SDK，允許用戶通過編寫代碼的方式對調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行個性化功能定制、流程定制和界面定制等，以擴(kuò)展現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)的功能。二次開發(fā)方式至少應(yīng)包括以下兩者之一：a)高級語言二次開發(fā)：調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)允許專業(yè)程序設(shè)計人員利用C++、C#、Java等面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言進(jìn)行二次開發(fā)；b)低代碼二次開發(fā)：調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)允許非專業(yè)程序設(shè)計人員通過圖形化操作方式（如模塊拖拽、堆積木、手動連線等）進(jìn)行低代碼二次開發(fā)。6設(shè)計原則6.1兼容性通用型調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)兼容多種可能情況：a)兼容多種行業(yè)領(lǐng)域，如汽車、3C、新能源、快遞、醫(yī)藥、食品等；b)兼容多種智能制造場景，如搬運(yùn)、分揀、配送、倉儲等；c)兼容多種輪式IMR進(jìn)行混合調(diào)度，如AGV、AMR、智能叉車等；d)兼容多種移動機(jī)器人導(dǎo)航方式，如磁導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、二維碼導(dǎo)航等；e)兼容多種無線通信方式，如5G、Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee、UWB、LPWAN等；f)兼容多種標(biāo)準(zhǔn)I/O接口，便于進(jìn)行上位調(diào)用和底層接入；g)兼容常見操作系統(tǒng)，如Windows、Linux、Android等；h)兼容主流高級程序設(shè)計語言，如C++、C#、Java等。6.2并發(fā)性調(diào)度系統(tǒng)可以同時調(diào)度并管理多臺移動機(jī)器人并發(fā)作業(yè)，小型調(diào)度系統(tǒng)可同時調(diào)度的移動機(jī)器人數(shù)量為2～10臺，中型調(diào)度系統(tǒng)可同時調(diào)度的移動機(jī)器人數(shù)量為11～100臺，大型調(diào)度系統(tǒng)可同時調(diào)度的移動機(jī)器人數(shù)量為101～1000臺，超大型調(diào)度系統(tǒng)可同時調(diào)度的移動機(jī)器人數(shù)量為1001臺及以上。6.3實時性調(diào)度系統(tǒng)對外部事件或請求能夠快速響應(yīng)：a）選用低延遲的通信設(shè)備，優(yōu)化調(diào)度策略，降低算法時間復(fù)雜度；b）根據(jù)任務(wù)的緊急程度，設(shè)置任務(wù)的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的任務(wù)先執(zhí)行；c）對于強(qiáng)實時性場景，使用實時操作系統(tǒng)。6.4擴(kuò)展性未來需求變化時，調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)能夠靈活地進(jìn)行功能擴(kuò)展，而不必對整個系統(tǒng)進(jìn)行重建：a)制定統(tǒng)一的接口規(guī)范、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、交互方式、通信方式、通信協(xié)議，為軟硬件模塊擴(kuò)展提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；b)硬件應(yīng)采用插件化設(shè)計和模塊化設(shè)計，可方便地進(jìn)行存儲空間、外圍設(shè)備、I/O端口等的擴(kuò)展；c)調(diào)度軟件應(yīng)采用開放式架構(gòu)和模塊化設(shè)計，可方便地進(jìn)行軟件模塊擴(kuò)展、系統(tǒng)版本升級、系統(tǒng)漏洞打補(bǔ)丁等。6.5可靠性調(diào)度系統(tǒng)可長時間無故障運(yùn)行，總體可靠性應(yīng)趨近100%：a)調(diào)度系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可長時間運(yùn)行于車間作業(yè)場景；b)調(diào)度系統(tǒng)硬件預(yù)期使用壽命應(yīng)覆蓋調(diào)度系統(tǒng)全生命周期；c)調(diào)度系統(tǒng)軟件運(yùn)行穩(wěn)定，不得出現(xiàn)崩潰、宕機(jī)、死循環(huán)、數(shù)據(jù)溢出等故障。6.6安全性調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)由經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員進(jìn)行操作，使用過程中杜絕發(fā)生安全事故，總體安全性趨近100%：a)對于無人化調(diào)度系統(tǒng)，應(yīng)在移動機(jī)器人運(yùn)行區(qū)域之外設(shè)置邊界圍欄或安全光幕；b)移動機(jī)器人應(yīng)設(shè)定安全距離，防止移動機(jī)器人運(yùn)行過程中與聯(lián)動設(shè)備、邊界圍欄等發(fā)生機(jī)械碰撞；c)采取物理防護(hù)和固件安全措施，阻止未經(jīng)授權(quán)的人員對硬件進(jìn)行非法操作；d)移動機(jī)器人及聯(lián)動設(shè)備的運(yùn)行應(yīng)始終處于規(guī)定的使用環(huán)境和技術(shù)要求之內(nèi)，不允許帶故障運(yùn)行；e)不要觸摸通電狀態(tài)下的設(shè)備，以免發(fā)生觸電危險；f)應(yīng)設(shè)置有機(jī)械式、電氣式、界面式等急停裝置，在意外狀況下，可使用手動急停裝置或自動調(diào)用智能算法等方式停止全部移動機(jī)器人及聯(lián)動設(shè)備的運(yùn)行；g)當(dāng)操作、編程、數(shù)據(jù)輸入錯誤時，不應(yīng)產(chǎn)生誤動作導(dǎo)致的設(shè)備損壞、人員傷害；h)通過攻擊檢測、數(shù)據(jù)加密、身份驗證、權(quán)限管理、訪問控制、安全通道、代碼混淆等多重機(jī)制保證軟件運(yùn)行安全和數(shù)據(jù)傳輸安全；i)對軟件使用過程中發(fā)現(xiàn)的安全漏洞等應(yīng)及時進(jìn)行識別、分析和打補(bǔ)?。籮)有關(guān)安全性的相關(guān)參數(shù)應(yīng)設(shè)置更改權(quán)限，普通用戶不可修改；k)《調(diào)度系統(tǒng)操作規(guī)程》、警示標(biāo)識等應(yīng)張貼在顯眼位置，并保持其牢固、清晰和耐久。6.7易用性調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)滿足易用性要求，給用戶帶來高效、健康和舒適的操作體驗：a)操作臺和用戶界面的設(shè)計應(yīng)符合人機(jī)工程學(xué)原理，用戶的交互式體驗良好；b)操作臺和用戶界面應(yīng)功能層次清晰、操作流程簡單，便于操作人員使用。6.8容錯性調(diào)度系統(tǒng)在遇到局部異常、錯誤和故障時，具有保持正常運(yùn)行并成功完成任務(wù)的能力：a)在調(diào)度軟件中引入異常檢測、錯誤糾正、故障隔離、算法重組、參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù)恢復(fù)等機(jī)制，當(dāng)調(diào)度系統(tǒng)出現(xiàn)局部異常、錯誤和故障時，調(diào)度軟件可以自動整合調(diào)度系統(tǒng)的完好部分正常運(yùn)b)配備冗余的備用電源、備用服務(wù)器、備用通信網(wǎng)絡(luò)、備用移動機(jī)器人等設(shè)備，當(dāng)調(diào)度系統(tǒng)出現(xiàn)局部異常、錯誤和故障時，調(diào)度系統(tǒng)可以自動切換到備用設(shè)備。7設(shè)計要求7.1設(shè)備配置7.1.1計算機(jī)設(shè)備計算機(jī)設(shè)備涉及多種服務(wù)器，包括調(diào)度服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、云服務(wù)器等。服務(wù)器的主頻、內(nèi)存容量、硬盤容量、I/O接口的配置應(yīng)根據(jù)實際要求確定并留有一定的余量。a)調(diào)度服務(wù)器：調(diào)度服務(wù)器是調(diào)度系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收并處理來自客戶或上位系統(tǒng)的訂單和任務(wù)請求，對移動機(jī)器人進(jìn)行任務(wù)分配、路徑規(guī)劃、交通管制和實時監(jiān)控；b)數(shù)據(jù)服務(wù)器：數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲和管理調(diào)度系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)、文件，確保數(shù)據(jù)和文件的安全性、完整性和一致性，并提供高效的數(shù)據(jù)查詢和更新能力；c)云服務(wù)器：云服務(wù)器提供靈活、高效且安全的計算服務(wù)。對于大型和超大型調(diào)度系統(tǒng)，可根據(jù)需要配置多臺云服務(wù)器用于高速計算。7.1.2通信設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)主要包括：a)專用有線LAN：調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的計算機(jī)設(shè)備之間，通過雙絞線、同軸電纜或光纖等傳輸介質(zhì)連接為專用有線LAN。專用有線LAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可根據(jù)情況采用總線型、環(huán)形、星形、樹形或網(wǎng)狀b)專用無線LAN：調(diào)度系統(tǒng)和移動機(jī)器人之間采用專用無線LAN進(jìn)行通信。根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)的作業(yè)面積、數(shù)據(jù)吞吐量等的不同，可選用一種蜂窩式或非蜂窩式無線通信方式（如5G、Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee、UWB、LPWAN等）。對于干擾、弱網(wǎng)、斷網(wǎng)等不良通信狀況應(yīng)有相應(yīng)的處置措施。通信協(xié)議對應(yīng)于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的四層參考模型，各層可采用的協(xié)議如下：a)應(yīng)用層可采用HTTPS、MQTT、VDA5050等協(xié)議；b)傳輸層可采用TCP、UDP等協(xié)議；c)網(wǎng)絡(luò)層采用IP（IPv4或IPv6）協(xié)議；d)網(wǎng)絡(luò)接口層可采用Ethernet、Wi-Fi、ARP等協(xié)議。調(diào)度系統(tǒng)報文格式見附錄B。通信設(shè)備通信設(shè)備主要包括微基站、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)、路由器、集線器、無線AP等。應(yīng)根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議、覆蓋范圍、網(wǎng)絡(luò)帶寬等要求，選用相應(yīng)的高速率、低時延、高可靠性的工業(yè)級通信設(shè)備，通信設(shè)備的技術(shù)參數(shù)應(yīng)滿足支撐移動機(jī)器人集群正常作業(yè)的通信質(zhì)量要求。7.1.3移動機(jī)器人移動機(jī)器人應(yīng)符合GB/T20721-2022的要求，并具有以下特征：a)機(jī)器人類型：應(yīng)為AGV（潛伏式、牽引式、頂升式、滾筒式、傳送帶式等）、AMR、智能叉車（堆垛式、地牛式等）、復(fù)合機(jī)器人等輪式IMR；b)機(jī)器人配置：移動機(jī)器人須配備滿足使用要求的非接觸式導(dǎo)航裝置、自主避障裝置、自動充電裝置、無線通信裝置、數(shù)據(jù)采集裝置等；c)機(jī)器人性能：移動機(jī)器人的各項性能指標(biāo)應(yīng)滿足使用要求；d)機(jī)器人數(shù)量：移動機(jī)器人配備數(shù)量按照生產(chǎn)效率或節(jié)拍要求計算，并按移動機(jī)器人總臺數(shù)2%～5%的比例配備一定數(shù)量的備份機(jī)。7.1.4電源電源應(yīng)滿足以下要求：a)電源輸出應(yīng)穩(wěn)定、可靠，具有過壓、欠壓、過流、過載等保護(hù)功能；b)電源輸出電壓應(yīng)避免突變，電源線電壓波動<10%；c)電源具有一定的功率裕量，以應(yīng)對未來可能的擴(kuò)展和升級；d)電源設(shè)計應(yīng)符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并制定防水、防火、防雷擊措施。7.1.5其他設(shè)備其他設(shè)備主要包括：a)聯(lián)動設(shè)備：如加工設(shè)備、上下料設(shè)備、遙控手柄、呼叫器、升降機(jī)、電梯、RFID讀寫器、二維碼讀碼器、條形碼讀碼器等；b)輔助設(shè)備：如監(jiān)控相機(jī)、環(huán)境參數(shù)采集傳感器、邊界圍欄、安全光幕、電子看板、照明系統(tǒng)等。7.2軟件配置7.2.1操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：a)服務(wù)器操作系統(tǒng)安裝于服務(wù)器內(nèi)，可選用WindowsServer、Linux、Unix等；b)機(jī)器人操作系統(tǒng)安裝于移動機(jī)器人的工控機(jī)或嵌入式系統(tǒng)內(nèi)，可選用Linux、ROS、Android、Windows等。7.2.2Web服務(wù)器軟件在服務(wù)器內(nèi)安裝Web服務(wù)器軟件，可選用Apache、Nginx、MicrosoftIIS等。7.2.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)安裝數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用于存儲調(diào)度系統(tǒng)的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，可選用MySQL、SQLServer、OracleDatabase等。數(shù)據(jù)庫中應(yīng)建立和保存系統(tǒng)配置表、用戶信息表、地圖信息表、機(jī)器人信息表、訂單信息表、任務(wù)信息表、任務(wù)分配表、任務(wù)序列表、I/O端口狀態(tài)表、調(diào)度日志表等數(shù)據(jù)表。7.2.4安全軟件為免受惡意攻擊和防止數(shù)據(jù)泄漏，應(yīng)在調(diào)度服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和移動機(jī)器人內(nèi)分別安裝安全軟件，如防火墻、數(shù)據(jù)加密軟件、入侵檢測軟件等。7.2.5上位系統(tǒng)上位系統(tǒng)主要包括APS、MES、ERP、WCS、WMS等。7.3調(diào)度軟件設(shè)計7.3.1坐標(biāo)系和地圖坐標(biāo)系圖2車間場地劃分及坐標(biāo)系規(guī)定示意圖如圖2所示，將區(qū)域地面區(qū)域劃分為運(yùn)行區(qū)和非運(yùn)行區(qū)，運(yùn)行區(qū)又分為工作區(qū)和充電區(qū)。分別建立世界坐標(biāo)系OXYZ和n個局部坐標(biāo)系OiXiYiZi。a)世界坐標(biāo)系：世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于機(jī)器人運(yùn)行區(qū)的邊界線上，X軸方向與相鄰墻體平行，Z軸方向指向天花板，Y軸方向通過右手螺旋定則確定。b)局部坐標(biāo)系：對每個移動機(jī)器人建立局部坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)位于機(jī)器人車體中心，X軸方向由車體中心指向車頭，Z軸方向指向天花板，Y軸方向通過右手螺旋定則確定。地圖構(gòu)建在世界坐標(biāo)系下，采用單機(jī)或多機(jī)協(xié)同的方式建立環(huán)境的地圖。地圖的表示可采用路網(wǎng)地圖（有向圖或無向圖）、柵格地圖、點(diǎn)云地圖、拓?fù)涞貓D、BIM地圖以及多種地圖的組合。7.3.2核心算法移動機(jī)器人集群調(diào)度問題具有NP復(fù)雜度，應(yīng)聯(lián)合運(yùn)用多種算法等進(jìn)行問題求解。為提高智能調(diào)度的效率，應(yīng)選用穩(wěn)定性好、時間復(fù)雜度較低的算法，并進(jìn)行算法參數(shù)的調(diào)優(yōu)。a)建圖和定位算法：建圖和定位算法是利用移動機(jī)器人機(jī)載傳感器建立環(huán)境增量地圖并完成自身空間定位的算法，如Cartographer和Gmapping等；b)訂單分解算法：訂單分配算法是把訂單分解為互不重疊的任務(wù)，并根據(jù)各任務(wù)之間的獨(dú)立、互斥和偏序關(guān)系，自動生成任務(wù)序列的算法；c)任務(wù)分配算法：包括集中式分配算法和分布式分配算法，如匈牙利算法、拍賣算法和MAS算法d)路徑規(guī)劃算法：如人工勢場法、基于采樣的算法（如RRT、PRM）、啟發(fā)式算法（如A*算法、D*算法、Dijkstra算法、Floyd算法）和仿生學(xué)算法（如蟻群算法、粒子群算法）等；e)交通管制算法；f)多機(jī)編隊算法：多機(jī)編隊算法是用于控制多臺移動機(jī)器人以一定的隊形協(xié)同完成運(yùn)輸任務(wù)的算法，如Leader-follower算法等；g)充電對接算法：充電對接算法是用于自主尋找充電樁并完成與充電樁對接的算法；h)死鎖檢測算法：死鎖檢測算法是用于判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)死鎖的算法，如銀行家算法等；i)阻塞消解算法：阻塞消解算法是采用某種策略限制并發(fā)任務(wù)對移動機(jī)器人的請求，從而使系統(tǒng)阻塞狀態(tài)得以解除的算法。7.3.3開發(fā)流程調(diào)度系統(tǒng)的軟件開發(fā)流程分為需求分析、方案設(shè)計、程序設(shè)計、軟件測試和運(yùn)行維護(hù)五個階段。a)需求分析階段：收集用戶需求，定義調(diào)度系統(tǒng)系統(tǒng)的功能和指標(biāo)，提出完整、準(zhǔn)確、清晰、具體的功能需求，輸出軟件需求說明書；b)方案設(shè)計階段：確定調(diào)度系統(tǒng)的整體架構(gòu)和模塊劃分，定義調(diào)度系統(tǒng)各個模塊的輸入和輸出，詳細(xì)描述開發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、文件格式、接口規(guī)范和算法實現(xiàn)等，輸出軟件設(shè)計方案；c)程序設(shè)計階段：使用面向?qū)ο蟮母呒壋绦蛟O(shè)計語言進(jìn)行軟件的開發(fā)，程序語句應(yīng)以結(jié)構(gòu)化方式編寫，輸出比較成熟的源代碼、可執(zhí)行文件和軟件設(shè)計報告；d)軟件測試階段：設(shè)計測試用例，依次進(jìn)行單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試，驗證和確認(rèn)軟件質(zhì)量，輸出軟件測試報告。軟件測試應(yīng)符合GB/T15532-2008和GB/T38634.2-2020的要求；e)運(yùn)行維護(hù)階段：在調(diào)度系統(tǒng)使用過程中，根據(jù)用戶反饋的問題，不斷地對軟件源代碼進(jìn)行必要的擴(kuò)充和刪改，定期升級軟件版本。以上各階段的技術(shù)文檔編寫應(yīng)符合GB/T8567-2006的要求。7.3.4界面設(shè)計圖形用戶界面應(yīng)直觀、易用，并具有以下功能：a)用戶管理：用戶注冊、用戶登錄、密碼找回、角色管理、權(quán)限控制等；b)訂單管理；訂單新建、訂單導(dǎo)入、訂單列表、訂單狀態(tài)、訂單優(yōu)先級、訂單修改、訂單刪除、訂單開始時間、訂單完成時間、訂單完成進(jìn)度；c)任務(wù)管理：任務(wù)新建、任務(wù)導(dǎo)入、任務(wù)列表、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)優(yōu)先級、任務(wù)修改、任務(wù)刪除、任務(wù)開始時間、任務(wù)完成時間、任務(wù)完成進(jìn)度；d)地圖管理：地圖創(chuàng)建、地圖導(dǎo)入、地圖編輯、地圖列表、地圖顯示、地圖導(dǎo)出、地圖保存等；e)路網(wǎng)設(shè)計：設(shè)計運(yùn)行區(qū)、工作區(qū)、充電區(qū)、非運(yùn)行區(qū)，設(shè)計運(yùn)行軌道、節(jié)點(diǎn)、站點(diǎn)，設(shè)計障礙物、工位、充電樁、緩存區(qū)等的位置和范圍；f)機(jī)器人設(shè)置：設(shè)置機(jī)器人的位置、速度、加速度、朝向；g)機(jī)器人管理：管理機(jī)器人列表、機(jī)器人狀態(tài)、機(jī)器人軌跡等；h)機(jī)器人控制：控制機(jī)器人的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、暫停機(jī)器人、急停等；i)調(diào)度系統(tǒng)控制：啟動系統(tǒng)、關(guān)閉系統(tǒng)、暫停系統(tǒng)、急停系統(tǒng)、單步語句運(yùn)行、程序運(yùn)行等；j)現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控：現(xiàn)場監(jiān)控視頻顯示、環(huán)境監(jiān)控參數(shù)顯示；k)故障與報警：異常提示、錯誤警告、故障報警等。7.3.5軟件接口a)調(diào)度軟件可與APS、MES、ERP、WCS、WMS等上位系統(tǒng)無縫對接，并接受其控制；b)調(diào)度軟件可接收聯(lián)動設(shè)備的數(shù)字I/O信號，以實現(xiàn)時序動作。非數(shù)字I/O信號應(yīng)先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后再輸入調(diào)度軟件；c)應(yīng)采用較常見的文件格式（如XML、JSON等）作為調(diào)度數(shù)據(jù)的規(guī)范化交換格式；d)轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度數(shù)據(jù)時，應(yīng)采用高強(qiáng)度的加密算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，不允許使用明文傳輸調(diào)度數(shù)據(jù)。8運(yùn)行維護(hù)要求8.1運(yùn)行條件8.1.1應(yīng)用場景調(diào)度系統(tǒng)可作為FMS或CPS等智能制造系統(tǒng)的子系統(tǒng)，應(yīng)用于汽車、3C、新能源、快遞、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的搬運(yùn)、分揀、配送、倉儲等智能制造場景，實現(xiàn)對貨物的高密度、高效率、低能耗自動運(yùn)輸。8.1.2環(huán)境條件系統(tǒng)運(yùn)行于室內(nèi)平整場地，環(huán)境條件要求如下：a)溫度：20±15℃;b)相對濕度：40%～80%；c)大氣壓：86kPa～106kPa；d)無強(qiáng)電磁干擾、無粉塵、無腐蝕性氣體。8.1.3地面條件a)區(qū)域及劃分：車間場地應(yīng)劃分為運(yùn)行區(qū)域和非運(yùn)行區(qū)域，運(yùn)行區(qū)域又包括工作區(qū)域和充電區(qū)域。各區(qū)域應(yīng)通過劃線進(jìn)行明顯區(qū)分。在非人機(jī)協(xié)作情景下，應(yīng)當(dāng)使用邊界圍欄、安全光幕等將運(yùn)行區(qū)域與非運(yùn)行區(qū)域隔開。運(yùn)行區(qū)域：移動機(jī)器人在工作或充電時，允許其活動的區(qū)域；工作區(qū)域：移動機(jī)器人執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)的區(qū)域；充電區(qū)域：移動機(jī)器人進(jìn)行對接充電的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)設(shè)有若干固定式充電樁；非運(yùn)行區(qū)域：除了運(yùn)行區(qū)域以外的其他區(qū)域。b)運(yùn)行通道：運(yùn)行通道分為單向運(yùn)行通道和雙向運(yùn)行通道，平面運(yùn)行通道和立體運(yùn)行通道。運(yùn)行通道上的地面應(yīng)平整、堅硬、清潔、干燥、無異物，不得有移動機(jī)器人無法通過的凸臺、溝槽、斜坡。地面應(yīng)可承受移動機(jī)器人車輪的壓力，可提供足夠的附著力，導(dǎo)電性良好。單向運(yùn)行通道：只允許移動機(jī)器人單向通行的運(yùn)行通道；雙向運(yùn)行通道：允許移動機(jī)器人雙向通行的運(yùn)行通道；平面運(yùn)行通道：位于2D水平面上的運(yùn)行通道；立體運(yùn)行通道：位于3D立體空間上的運(yùn)行通道。c)導(dǎo)航標(biāo)記物：對于使用磁條、磁釘或二維碼等導(dǎo)航的情況，應(yīng)在地面上準(zhǔn)確地鋪設(shè)相應(yīng)的導(dǎo)航標(biāo)記物。8.1.4墻壁和頂棚條件墻壁和頂棚應(yīng)滿足以下要求：a)對于使用激光反光板導(dǎo)航的情況，應(yīng)在墻壁適當(dāng)高度上固定反光板；b)頂棚應(yīng)布設(shè)照明系統(tǒng)；c)頂棚高度滿足應(yīng)調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行要求；d)在墻壁和頂棚上應(yīng)預(yù)留通信設(shè)備、監(jiān)控相機(jī)、環(huán)境參數(shù)采集傳感器等的安裝位置；e)通信天線附近不得有大幅削弱、阻擋或屏蔽無線通信信號的結(jié)構(gòu)物；f)監(jiān)控相機(jī)附近不得有阻礙視線的結(jié)構(gòu)物。8.1.5網(wǎng)絡(luò)條件應(yīng)結(jié)合應(yīng)用場景、室內(nèi)環(huán)境等進(jìn)行無線通信網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)，實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的連續(xù)覆蓋，并盡可能避免同頻干擾。無線通信網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)和工作頻段要求如下：a)對于5G網(wǎng)絡(luò)，采用3GPPR15/R16/R17蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，工作頻段為n41、n46、n78及n79；b)對于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，采用IEEE802.11系列通信標(biāo)準(zhǔn)，工作頻段為2.4GHz及5.8GHz；c)對于其他無線通信網(wǎng)絡(luò)，采用的通信標(biāo)準(zhǔn)和使用的工作頻段應(yīng)滿足調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行要求。無線通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求如下：a)布設(shè)位置：天饋系統(tǒng)布置于移動機(jī)器人集群上方，可壁掛或置頂；b)傳輸方向：上行、下行；c)網(wǎng)絡(luò)帶寬：50kbps及以上；d)信號強(qiáng)度：不低于-80dbm。8.1.6機(jī)器人注冊移動機(jī)器人新加入調(diào)度系統(tǒng)時，應(yīng)先向調(diào)度系統(tǒng)注冊機(jī)器人信息，以便調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度規(guī)劃。需填寫的信息包括：a)ID：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)唯一標(biāo)識；b)IP地址和端口號；c)型號規(guī)格：結(jié)構(gòu)型式、驅(qū)動方式、導(dǎo)航方式、通信方式、品牌、型號等；d)運(yùn)動學(xué)參數(shù)：許用的最大速度、最小速度、最大加速度、最小加速度等；e)物理參數(shù)：電量、輸入電壓、輸入電流等；f)幾何參數(shù)：車體長度、車體寬度、車體高度、車輪直徑、輪距、輪胎寬度等；g)負(fù)載參數(shù)：貨物尺寸、最大載重、舉升高度等。8.1.7機(jī)器人裝載機(jī)器人裝載應(yīng)滿足以下要求：a)移動機(jī)器人裝載貨物的最大重量不應(yīng)超過移動機(jī)器人載重的允許值；b)移動機(jī)器人裝載貨物的長度、寬度、高度和體積不應(yīng)超過允許值；c)對于氣體、液體、粉體物料，應(yīng)預(yù)先裝入密閉容器，再使用移動機(jī)器人載運(yùn)；d)對于小件或形狀不規(guī)則的貨物，可預(yù)先裝入托盤、料框或貨架等載具，再使用移動機(jī)器人載運(yùn)；e)對于不宜直接放置于移動機(jī)器人上的貨物，可先將其放置于棧板上，再使用移動機(jī)器人載運(yùn)；f)對于單臺移動機(jī)器人無法搬運(yùn)的大件貨物，可采用多機(jī)編隊的方式進(jìn)行載運(yùn)；g)易燃、易爆、腐蝕性、放射性等危險物料不允許使用移動機(jī)器人進(jìn)行載運(yùn)。8.2運(yùn)行流程8.2.1首次部署流程調(diào)度系統(tǒng)首次部署流程如下：a)場地準(zhǔn)備：場地規(guī)劃、地面清潔、導(dǎo)航標(biāo)記物鋪設(shè)、電源配置、充電樁配置、安全防護(hù)裝置安裝等；b)設(shè)備初始化：參數(shù)標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置、里程計歸零、時鐘同步等；c)線網(wǎng)連接：電源線連接、充電樁連接、傳感器連接、網(wǎng)絡(luò)連接、I/O端口連接等；d)軟件安裝：安裝操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理軟件、通信軟件、監(jiān)控軟件、調(diào)度軟件等；e)環(huán)境地圖構(gòu)建：控制移動機(jī)器人勻速環(huán)繞場地一圈，采集并保存環(huán)境地圖；f)移動機(jī)器人注冊：按本文件中8.1.6的要求填寫注冊信息；g)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定：設(shè)置機(jī)器人運(yùn)動參數(shù)、傳感器參數(shù)、通信參數(shù)、任務(wù)參數(shù)、安全參數(shù)等；h)系統(tǒng)測試和參數(shù)調(diào)優(yōu)：通過模擬實際場景和任務(wù)，檢查系統(tǒng)的各項性能，并根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行必要的參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化；i)上線試運(yùn)行：在真實場景中試用調(diào)度系統(tǒng)，檢驗系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。8.2.2開機(jī)和自檢流程調(diào)度系統(tǒng)上電和自檢流程如下：a)接通總電源；b)開啟調(diào)度系統(tǒng)各設(shè)備電源；c)開啟調(diào)度軟件；d)調(diào)度軟件控制各臺移動機(jī)器人開機(jī)；e)調(diào)度軟件開啟各臺移動機(jī)器人機(jī)載操作系統(tǒng)；f)調(diào)度軟件對各設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行自檢；g)如果自檢通過，調(diào)度系統(tǒng)將其控制權(quán)交給用戶，用戶使用調(diào)度軟件開啟調(diào)度系統(tǒng)；h)如果自檢不通過，調(diào)度系統(tǒng)向用戶反饋設(shè)備的異常、錯誤或故障；i)調(diào)度軟件控制各臺移動機(jī)器人協(xié)同地執(zhí)行任務(wù)。8.2.3急停和恢復(fù)流程調(diào)度系統(tǒng)急停和恢復(fù)流程如下：a)因緊急狀況發(fā)生，操作人員按下調(diào)度系統(tǒng)急停按鈕；b)非故障急停應(yīng)保持設(shè)備現(xiàn)場狀態(tài)和保存軟件現(xiàn)場參數(shù)；c)故障急停應(yīng)通過人工干預(yù)方式排除故障；d)滿足恢復(fù)運(yùn)行條件時，操作人員取消急停；e)系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行未完成任務(wù)或執(zhí)行新任務(wù)。8.2.4關(guān)閉流程調(diào)度系統(tǒng)關(guān)閉流程如下：a)等待最后一項任務(wù)執(zhí)行完成；b)調(diào)度軟件控制各臺移動機(jī)器人回到初始位置；c)調(diào)度軟件關(guān)閉各臺移動機(jī)器人機(jī)載操作系統(tǒng)；d)調(diào)度軟件關(guān)閉各臺移動機(jī)器人電源；e)關(guān)閉調(diào)度軟件；f)關(guān)閉調(diào)度系統(tǒng)各設(shè)備電源；g)關(guān)閉總電源。8.3運(yùn)行狀態(tài)8.3.1單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)單臺移動機(jī)器人處于若干有限個狀態(tài)中，并在這些狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移。以8個狀態(tài)謂詞分別表示機(jī)器人各方面所處的不同狀態(tài)，共組合成256種狀態(tài)。移動機(jī)器人狀態(tài)謂詞及值見表1。以8位二進(jìn)制數(shù)表示移動機(jī)器人的狀態(tài)，其狀態(tài)范圍從00000000到11111111。調(diào)度系統(tǒng)開機(jī)后，正常的起始狀態(tài)為開機(jī)等待狀態(tài)(10000000)，正常的結(jié)束狀態(tài)為正常停機(jī)狀態(tài)(00000000)。移動機(jī)器人狀態(tài)碼示例見表2。表1移動機(jī)器人狀態(tài)謂詞及值謂詞取值已經(jīng)開機(jī)發(fā)生故障交通管制電量不足正在運(yùn)行正在充電接到任務(wù)搭載負(fù)載1111111100000000表2移動機(jī)器人狀態(tài)碼示例狀態(tài)碼開機(jī)等待空載取貨負(fù)載送貨空閑運(yùn)行充電空閑暫停充電暫停管制暫停故障暫停故障停機(jī)正常停機(jī)二進(jìn)制1000000010001010100010111000100010011000100000001000010100000110000000100000000000000十六進(jìn)808A8B88988084A0C04008.3.2集群運(yùn)行狀態(tài)移動機(jī)器人集群的運(yùn)行狀態(tài)是在統(tǒng)計各臺移動機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上確定的。移動機(jī)器人集群的運(yùn)行狀態(tài)如下：a)停機(jī)狀態(tài)；b)暫停狀態(tài)；c)等待任務(wù)狀態(tài)；d)任務(wù)不足狀態(tài)；e)正常運(yùn)行狀態(tài)；f)局部阻塞狀態(tài)；g)死鎖狀態(tài)。對于死鎖和長時間局部阻塞的情形，應(yīng)當(dāng)利用阻塞消解算法或人工干預(yù)的方式，使移動機(jī)器人集群恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)；對于任務(wù)不足的情形，應(yīng)當(dāng)增加移動機(jī)器人的任務(wù)量，使移動機(jī)器人集群的任務(wù)飽和。8.4維護(hù)要求應(yīng)指定專人進(jìn)行調(diào)度系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)：a)應(yīng)保持系統(tǒng)運(yùn)行場地的清潔，地面不得有油污、灰塵、異物；b)地面上鋪設(shè)的導(dǎo)航標(biāo)記物應(yīng)保持清潔和完好，對于污損、破損的導(dǎo)航標(biāo)記物應(yīng)及時更換；c)硬件設(shè)備應(yīng)在其顯眼處粘貼標(biāo)簽，標(biāo)明其類型和編號；d)硬件設(shè)備應(yīng)定期點(diǎn)檢，對于存在問題的設(shè)備應(yīng)及時維修或替換；e)移動機(jī)器人應(yīng)定期保養(yǎng)，注意防潮、防銹、防壓、防靜電；f)調(diào)度軟件應(yīng)定期升級，升級后的軟件版本應(yīng)保持向下兼容；g)應(yīng)定期填寫維護(hù)保養(yǎng)記錄，包括例行檢查記錄、硬件故障記錄和軟件BUG記錄等；h)調(diào)度系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)定期備份，以便恢復(fù)至以前的系統(tǒng)狀態(tài)；i)系統(tǒng)長時間不使用時，應(yīng)關(guān)閉總電源、拔掉電源線，放于干燥、通風(fēng)的室內(nèi)環(huán)境中妥善保管；j)長時間未使用的系統(tǒng)首次使用時，應(yīng)全面檢驗其狀態(tài)和性能，滿足啟動要求時方可啟動運(yùn)行。9性能和技術(shù)指標(biāo)9.1主要性能指標(biāo)9.1.1狀態(tài)變量在世界坐標(biāo)系下，第i臺移動機(jī)器人的t時刻的狀態(tài)表示為：ri(t)=[xi,yi,θi]T (1)其t+1時刻的狀態(tài)表示為：…………式中：xi,yi——機(jī)器人的位置坐標(biāo)；θi——機(jī)器人的方向角；G——位姿變換矩陣；x,y——機(jī)器人的位移；θ——機(jī)器人的轉(zhuǎn)角。9.1.2約束條件a）可通行約束：對于?ri：U[(xi,yi),δ+ε]?Df…………(3)式中：U[(xi,yi),δ+ε]——表示以(xi,yi)為圓心，以δ+ε為半徑的領(lǐng)域；Df——運(yùn)行區(qū)內(nèi)所有未被占據(jù)位置構(gòu)成的集合；δ——機(jī)器人的自轉(zhuǎn)半徑；ε——機(jī)器人與障礙物的最小允許間距。b）最小間距約束：對于?ri和?rj：式中：dij——第i臺機(jī)器人和第j臺機(jī)器人之間的距離；dmin——兩臺機(jī)器人之間的最小允許間距。c）剩余電量約束：對于?ri：pi>pmin式中：pi——第i臺機(jī)器人的剩余電量；pmin——機(jī)器人允許的最小剩余電量。…………(4)…………(5)d）負(fù)載重量約束：對于?ri：lij≤mli式中：lij——第i臺機(jī)器人執(zhí)行第j項任務(wù)的負(fù)載重量；mli——第i臺機(jī)器人可用的負(fù)載重量。e）速度和加速度約束：對于?ri：i{wiailαi式中：vi——第i臺移動機(jī)器人的速度；vmax——移動機(jī)器人的最大速度限值；ωi——第i臺移動機(jī)器人的角速度；ωmax——移動機(jī)器人的最大角速度限值；ai——第i臺移動機(jī)器人的加速度；vmax——移動機(jī)器人的最大加速度限值；αi——第i臺移動機(jī)器人的角加速度；αmax——移動機(jī)器人的最大角加速度限值。vmaxwmaxamaxαmax…………(6)…………(7)9.1.3性能指標(biāo)及其優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)是，在各種約束條件的制約下，動態(tài)調(diào)整機(jī)器人的狀態(tài)變量，使系統(tǒng)的一種或多種性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，如行駛里程最短、行駛耗時最短、行駛能耗最小等。系統(tǒng)性能評估指標(biāo)包括：a）行駛總里程：系統(tǒng)開啟后，各臺移動機(jī)器人行駛里程之和，即：…………(8)b）行駛總耗時：系統(tǒng)開啟后，各臺移動機(jī)器人運(yùn)行時間之和，即：…………(9)c）行駛總能耗：系統(tǒng)開啟后，各臺移動機(jī)器人消耗的能量之和，即：…………(10)d）效用函數(shù)：總里程、總時間、總能耗的的加權(quán)平均，即：Ed (11)式中：Ed——效用函數(shù)；Sd——行駛總里程；Td——行駛總耗時；Wd——行駛總能耗；n——移動機(jī)器人臺數(shù)；q——任務(wù)數(shù)；k1～k3——權(quán)重系數(shù)；sij——第i臺機(jī)器人執(zhí)行第j項任務(wù)的行駛里程；tij——第i臺機(jī)器人執(zhí)行第j項任務(wù)的行駛時間；pij——第i臺機(jī)器人執(zhí)行第j項任務(wù)的耗電量；vij——第i臺機(jī)器人執(zhí)行第j項任務(wù)的平均速度；mi——第i臺機(jī)器人的空載重量。9.2主要技術(shù)指標(biāo)調(diào)度系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)及值見表3。表3調(diào)度系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)序號技術(shù)指標(biāo)值1調(diào)度并發(fā)量符合本文件6.2的要求2總存儲容量3無線信號強(qiáng)度>-80dbm4作業(yè)面積達(dá)到規(guī)定的作業(yè)面積5位置控制精度6數(shù)據(jù)傳輸RTT<200ms7響應(yīng)時間<100ms8丟包率<0.1%9容錯率任務(wù)執(zhí)行成功率>99.9%10檢驗和試驗方法10.1調(diào)度系統(tǒng)軟硬件檢驗方法10.1.1外購品檢驗方法對于外購的設(shè)備和軟件，其主要功能、主要性能、主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)不低于本文件要求，并附有合格證和說明書。使用外購設(shè)備或軟件前，應(yīng)對照產(chǎn)品說明書進(jìn)行設(shè)備性能試驗或軟件試用，在確認(rèn)設(shè)備或軟件運(yùn)行正常后才方可投入使用。無特殊情況，無須對合格的外購設(shè)備或軟件進(jìn)行技術(shù)參數(shù)的重復(fù)檢驗。10.1.2調(diào)度軟件檢驗方法參照調(diào)度軟件的用戶手冊或操作指南，對調(diào)度軟件的基本功能、調(diào)度效率、兼容性、并發(fā)性、實時性、擴(kuò)展性、可靠性、安全性、易用性、容錯性和技術(shù)文檔進(jìn)行檢驗。a)基本功能檢驗：設(shè)計測試用例，采用單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試、白盒測試、黑盒測試等多種方法對調(diào)度軟件的基本功能進(jìn)行交叉檢驗；b)調(diào)度效率檢驗：參照本文件中9.2.3的要求進(jìn)行檢驗；c)兼容性、并發(fā)性、實時性、擴(kuò)展性、可靠性、安全性、易用性、容錯性的檢驗可參照本文件中6.1～6.8的要求進(jìn)行；d)技術(shù)文檔檢驗：檢驗調(diào)度軟件提供的用戶手冊或操作指南是否準(zhǔn)確、完整。10.2調(diào)度系統(tǒng)性能試驗方法調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行試驗可選擇在虛擬場景、模擬場景或真實場景中開展，試驗的次數(shù)和時長應(yīng)根據(jù)具體試驗需求確定。a)數(shù)字孿生體試驗：搭建調(diào)度系統(tǒng)及其應(yīng)用場景的等比例數(shù)字孿生體，并在虛擬環(huán)境中進(jìn)行調(diào)度過程仿真，獲得調(diào)度系統(tǒng)各項運(yùn)行數(shù)據(jù)；b)模擬場景試驗：在受控環(huán)境中搭建人工模擬場景，并在模擬場景中進(jìn)行調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行試驗，獲得調(diào)度系統(tǒng)各項運(yùn)行數(shù)據(jù)；c)真實場景試驗：在真實應(yīng)用場景中部署調(diào)度系統(tǒng)，在真實條件下進(jìn)行調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行試驗，獲得調(diào)度系統(tǒng)各項運(yùn)行數(shù)據(jù)。10.3調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)檢驗方法10.4.1調(diào)度