摘 要

随着产品需求的多样化发展，汽车业的制造方式也变得日趋柔性化、多样化，JIT、SPS生产模式相继出现，企业对物料供给的及时性和准确性也有了更高的要求。由此，以往的物料供应方式必定不能满足生产上的转变。而自动规划路径的AGV小车可以解决目前物料供给出现的问题，路径规划算法的研究是这方面研究的重点。目前基于A*算法的路径规划方式技术较为成熟，但是针对具体的生产环境以及与SPS配送系统相配合的路径规划研究还不是太多。

本文基于A*算法设计出AGV小车路径规划程序，并结合实际情况对程序进行适当改进，主要做出的工作有如下几点：

依据生产车间的现状，对SPS配送系统进行初步规划。

使用JAVA编程语言，基于A*算法构建出基础的路径规划程序，再结合实际生产需求对程序进行适当改进，主要工作如下：

通过设置多目标点的方式，实现小车从拣料区-上线点-下线点-拣料区的多段路径规划。

针对小车在运行中的冲突问题，在代价函数中添加路径重叠代价，减少小车运行时路径重叠。

针对所规划出的路径不够平滑的问题，在扩展每隔节点时加入转弯惩罚函数，根据转弯角度的大小确定惩罚函数的大小。在解决转弯角度大小的判别问题时，应用了该节点与其父节点以及父父节点间横纵坐标的关系来对转弯角度进行判别。

结合之前规划的SPS配送系统，对AGV的运行路径进行规划，并通过路径参数的分析，计算出小车单次运行周期，根据生产需要确定小车需求数量。

关键词：无人搬运小车；A*算法；单台份物料配送模式

Abstract

With the diversified development of product demand, the manufacturing mode of automobile industry has become more and more flexible and diversified. The production mode of JIT and SPS has appeared one after another, and the enterprise has a higher demand for the timeliness and accuracy of material supply. As a result, the past material supply way can not meet the transformation of production. The AGV car with automatic planning path can solve the problem of material supply. The research of path planning algorithm is the focus of this research. At present, the technology of path planning based on A* algorithm is more mature, but the path planning research for specific production environment and SPS distribution system is not too much.

Based on the A* algorithm, this paper designs the path planning program for AGV car, and improves the program according to the actual situation. The main work is as follows:

according to the present situation of the workshop, the SPS distribution system is preliminarily planned.

first, we build a basic path planning program based on A* algorithm, and then make appropriate improvements to the actual production needs. The main tasks are as follows:

realizes multi-path path planning from picking area, on-line point to offline point picking area by setting multi-target points.

aims at the conflict problem of the car in operation, adding the overlap cost in the cost function to reduce the overlap of the trolley running path.

In view of the problem that the planned path is not smooth enough, C. adds the penalty function to the expansion of each node, and determines the size of the penalty function according to the size of the turning angle. In solving the problem of turning angle size, the relationship between the node and the parent node and the transverse ordinate between the parent and parent is applied to distinguish the turning angle.

according to the SPS distribution system planned before, the running path of AGV is planned, and the single running cycle of the car is calculated through the analysis of the path parameters, and the demand quantity of the car is determined according to the production needs.

Key word：Automated Guided Vehicle; A* algorithm; SPS distribution mode

目录

摘要……………………………………………………………………………………………….Ⅰ

Abstract...........……………………………………………………………………………………Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 汽车生产配送方式研究 2

1.2.2 路径规划问题研究 4

1.3 研究目的及意义 4

1.3.1 研究的目的 5

1.3.2 研究的意义 5

1.4 研究思路与内容 5

1.4.1 研究思路 5

1.4.1 研究内容 6

第二章 相关理论与研究方法 8

2.1 SPS配送模式的介绍 8

2.2.1 SPS配送模式的原理 8

2.2.2 SPS配送运行流程 9

2.2 A*算法 10

2.2.1 A*算法的原理 10

2.2.2 A*算法的运行步骤 11

2.3 JAVA编程语言 12

第三章 总装车间物料配送特点分析 13

3.1 内饰工段工艺布局 13

3.2 SPS系统初步规划 14

第四章 基于改进A*算法的AGV小车路径规划 16

4.1 栅格化环境建模 16

4.1.1 栅格法建模原理 16

4.1.2 栅格化建模的实施 16

4.2 多任务目标的实现 18

4.3 环形回路的实现 19

4.4 路径平滑优化 22

4.5改进效果验证 24

第五章 路径规划效果验证和配送系统具体规划 26

5.1 路径规划效果验证 26

5.1.1 上线点和下线点的选择 26

5.1.2 路径耗时的计算 27

5.2 配送系统具体规划 28

5.2.1 小车单次配送周期分析 28

5.2.2 小车数量需求确定 30

第六章 总结 31

6.1 论文的研究成果 31

6.2 论文的不足及展望 31

参考文献 32

致 谢 33

第一章 绪论

随着生产方式的转变，制造业对物流需求的及时性要求越来越高，本文所研究的基于A*算法的AGV小车自动路径规划系统能够很好地保障物料供给的及时性。

1.1 研究背景

随着经济的发展，人民经济水平不断有所提升，人们对产品的需求的多样化也表现得越来越强烈，与之相对的，是制造业制造方式的转变。尤其是汽车制造业，为了适应消费者多样化的需求，提升企业在市场中的竞争优势，生产方式逐渐由单一品种转变为多品种生产。如多品种混流生产模式^[1]。与此同时，随着企业生产模式的转变，企业对制造系统的复杂程度、生产产品的成本约束、和生产的空间约束都有了更高的要求，多品种小批量的生产方式必定会提升生产系统的复杂程度、与此同时，产品的生产成本和生产所需的空间都变得更见难以把控。精益生产方式可以解决现阶段的生产模式的转变所带来的这些问题。

精益生产使得企业的生产系统可以快速响应用户需求的变化，并且还可以使生产过程中的多余的、无用的过程，得到一定的精简，最终可以达到使总体方方面面表现最优的一种生产方式。而为了实现精益生产，物料的准时供给是前提，只有在尽量小的库存范围下，保证物料准时准点地到达相应的需求地点，才能够达到实现精益生产的前提。