(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210920627.3 (22)申请日 2022.08.02 (71)申请人 北自所 （北京） 科技发展股份有限公 司 地址 100032 北京市西城区教场口街1号3 号楼 (72)发明人 王勇　李岩　刘泽锐　李想　 王海天　 (74)专利代理 机构 北京细软智谷知识产权代理 有限责任公司 1 1471 专利代理师 陈义 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/08(2012.01) G06F 30/15(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 数字孪生的四向穿梭车优化调度方法、 装置 及存储介质 (57)摘要 本发明涉及数字孪生的四向穿梭车优化调 度方法、 装置及存储介质， 包括： 通过构建虚拟四 向穿梭车系统孪生模型， 在虚拟四向穿梭车系统 孪生模型中， 根据所有执行任务的四向穿梭车， 通过基于时间窗的A*算法获得每个任务的第一 最优路径； 并在第一最优路径的基础上， 考虑四 向穿梭车的剩余电量， 对第一最优路径进行基于 时间窗的加权处理， 得到最终最优路径， 通过上 述的方案， 基于时间窗的概念， 考虑到四向穿梭 车经过各节点的时间， 有效的避免轨迹重叠， 可 以实现对复合调度作业的路径 规划， 且规划调度 过程先在虚拟 模型中实现， 也就是可以对规划调 度过程进行验证， 而不像现有技术中， 直接对四 向穿梭车进行调度， 一 旦出错， 将导 致设备损坏。 权利要求书3页 说明书13页 附图4页 CN 115310690 A 2022.11.08 CN 115310690 A 1.数字孪生的四向穿梭车优化调度方法， 其特 征在于， 包括： 构建虚拟四向穿梭车系统孪生模型； 虚拟四向穿梭车系统孪生模型接收出入库作业任务， 并通过出入库订单顺序优化算法 得到出入库配对情况 下的四向穿梭车任务 顺序； 基于任务顺序， 确定待出库或入库的货物所在巷道及层数， 调度四向穿梭车行进到货 物目标位置， 执行调 度作业， 四向穿梭 车搭载货物移动至所在层末端， 向提升机发出换层调 度请求， 到 达出库或入库的起始点； 根据所有执行任务的四向穿梭车， 得到四向穿梭车集合， 根据每个出库或入库任务的 起始点得到起始点集合， 根据每个出库或入库任务的目标点得到目标点集合， 根据起始点 与目标点得到节点数集合， 通过A*算法获得每个任务的第一最优路径， 得到第一最优路径 集合； 在第一最优路径 的基础上， 考虑四向穿梭车的剩余电量， 对第一最优路径进行基于时 间窗的加权处 理， 得到最终最优路径； 四向穿梭车按照最终最优路径到达终点后， 再完成其配对的入库或出库作业任务， 完 成一次完整的作业任务， 根据任务 顺序完成所有的作业任务； 虚拟四向穿梭车系统孪生模型完成上述调度任务后， 反馈给现实四向穿梭车系统， 现 实四向穿梭车系统按照虚拟四向穿梭车系统孪生模型的仿真结果执 行真实的调度任务。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述出入库订单顺序优化 算法包括： 获取出库或入库任务中， 影响订单任务重要度各个因素； 基于AHP或者层次分析法的1 ‑9标度法， 采用两 两比较的方式构造判断矩阵； 通过判断矩阵计算影响订单任务重要度的各个因素的权 重； 根据各个因素的权 重计算订单任务的重要度； 对每一个出库或入库任务都进行重要度计算， 并应用寻优算法进行寻优配对， 得到出 入库配对情况 下的四向穿梭车任务 顺序。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 所述调度四向穿梭车 行进到货物目标位置包括： 判断该巷道该层数是否有空闲的四向穿梭车， 如果有空闲的四向穿梭车， 则调动空闲 的四向穿梭车行进到货物目标位置， 如果该巷道该层数没有空闲的四向穿梭车， 则根据预 设的优先级调度其 他巷道或其 他层数的四向穿梭车； 所述预设的优先级包括： 第一优先级： 不同巷道但同层的空闲四向穿梭车， 第二优先 级： 同巷道不同层的空 闲四向穿梭车， 第三优先级： 不同巷道不同层的空 闲四向穿梭车。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 所述对第一 最优路径进行基于时间窗的加权处 理包括： 计算每个第 一最优路径的两个相邻节点之间的小路径的数量， 计算每一个小路径的占 有度， 通过每一个小路径的占有度对小路径进行加权处理， 计算四向穿梭车经过第一最优 路径各个小路径的时间， 得到时间窗， 对每一个小路径都进 行基于时间窗的加权处理， 得到 时间窗加权后的距离， 再根据时间窗加权后的距离， 通过A*算法获得最终最优路径。 5.根据权利要求 4所述的方法， 其特 征在于，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115310690 A 2所述考虑四向穿梭车的剩余电量包括： 根据四向穿梭车当前电量状态以及能量消耗原则， 对执行出库或入库任务的四向穿梭 车进行未来电量预测； 使得执行一次调度任务后的四向穿梭车剩余电量大于预设的第一电量阈值； 当执行一 次调度任务后的四向穿梭车的剩余电量大于预设的第 一电量阈值， 但小于预 设的第二电量阈值时， 此四向穿梭车不再调动， 对剩余出库或入库任务 顺序进行重排列。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特 征在于， 当四向穿梭车电量小于预设的第 二电量阈值 时， 虚拟四向穿梭车系统孪生模型根据当 前四向穿梭车所处位置为其匹配最近的充电桩， 并调度空闲提升机将该四向穿梭 车输送到 最低层； 按照计算最终最优路径的步骤规划该四向穿梭车到达目标充电桩的路径， 当执行充电 任务的四向穿梭 车与执行出库或入库任务的四向穿梭 车的路径产生冲突时， 执行充电任务 的四向穿梭车原地等待， 执行出库或入库任务的四向穿梭车优先通过后， 执行充电任务的 四向穿梭车 再移动。 7.根据权利要求 4所述的方法， 其特 征在于， 所述得到最终最优路径后还 包括： 计算每个执行任务的四向穿梭车在各自的最终最优路径上， 到达每个节点的时间， 根 据各个四向穿梭车到达各个节点的时间， 判断各个四向穿梭车之间是否存在冲突， 并判断 冲突类型； 当冲突类型为相向冲突 时， 则在产生冲突的两辆四向穿梭车中选择所执行的出库或入 库任务优先级较低的一辆 重新进行路径规划， 求 解次优路径； 如果冲突类型为节点冲突， 则在产生冲突的两辆四向穿梭车中选择所执行的出库或入 库任务优先级较低的一辆设定为等待状态， 等待产生冲突的另一辆四向穿梭车优先通过 后， 更新等待状态的四向穿梭车 的后续节点的时间窗， 并重新规划 其后续路段的最终最优 路径； 重复上述 步骤， 直到任意两个四向穿梭车之间都不存在冲突。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述构建虚拟四向穿梭车系统孪生模型包 括： 构建硬件装备的数字孪生模型， 所述硬件装备包括： 四向穿梭车、 提升机、 多深度高层 货架以及导轨； 所述数字 孪生模型包括： 几何模型： 用于描述硬件 装备的几何形状； 物理模型： 用于表示硬件 装备的受力变化； 行为模型： 用于表示硬件 装备在运行 过程中的运动状态； 规则模型： 用于表示硬件 装备的约束条件与范围； 所述几何模型包括： 通过三维软件构建四向穿梭车模型、 提升机模型、 货架模型以及导 轨模型； 所述物理模型包括： 应用ANSYS和MATLAB仿真模拟计算各个几何模型所受承载力的变 化； 所述行为模型包括： 规定四向穿梭车以及提升 机的运动过程；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115310690 A 3