VDA5050 多机器人调度系统

概览

时间与性质：2026.04 – 2026.06，KIT 输送技术与物流系统研究所（IFL）的 Industrial Mobile Robotics Lab；先在仿真中完成个人任务，再以小组形式上真机
我的角色：个人任务全部由我完成（车队管理 10 项、运动控制 3 项）；小组中负责车队管理核心，并参与真机联调与最终现场演示
要解决的问题：让两台车型不同的真实移动机器人按给定顺序并行完成搬运任务——订单怎么下发、状态怎么同步、路径冲突与死锁怎么避免
结果：从仿真迁移到真实工业移动机器人（GEBHARDT），在最终现场评估中验证稳定运行

我做了什么

VDA 5050 订单与状态：按规范构建途经取货、加工、卸货工站的多节点、多边订单，经 MQTT 下发；解析机器人回传的 state，只有剩余节点和边都清空、所有动作均为 FINISHED 时，才把车辆置为空闲
拓扑地图与 A* 路径规划：把 LIF 布局文件解析成节点与边的图；用 heapq 优先队列和欧氏距离启发函数实现 A* 算法，朝终点有方向地搜索，而不是像 Dijkstra 那样盲目扩散
多站订单流水线：把「当前位置 → 取货 → 加工 → 卸货 → 驻留点」拆成多段 A* 再拼接，剔除衔接处的重复节点，并在进站前一个节点注入 init_fine_positioning 精定位动作
后台自动派单：派单循环跑在守护线程里，持续把任务分配给就近的空闲车辆，不阻塞仿真界面和 MQTT 通信；新增车辆只需在初始化配置里加一条
运动控制：从订单中提取已放行（released）的节点作为航点，用比例控制逐点跟踪，到点后上报 lastNodeId 解锁后续订单；针对执行噪声和加减速约束，加入位姿滑动平均 / 低通滤波和速度斜坡
两台真机的车队管理（小组）：协调 cat001（纵向输送）和 mouse001（横向输送）两台机器人；A* 按车型过滤进站边，保证以正确朝向对接工站；同一时刻一个工站只允许一台车，避免碰撞与死锁
真机联调与现场演示（小组）：切换到真机模式并连接实验室 MQTT broker，按真车表现调整速度、装卸与精定位时间参数；最终现场的任务当天才给出，车辆可从测试区任意位置出发

技术细节

布局与车型约束

测试区布局固定：16 个节点、23 条边、6 个工站（3 个转运站、3 个加工站）和 2 个充电驻留点
两种车型：cat001 是纵向输送车，mouse001 是横向输送车。每种车型进入每个转运站只有一条合法进站边，边上带切向朝向约束，车到站时已经朝向正确，不允许在站点原地转向
精定位参数（init_fine_pos_*、fine_pos_control_*）从布局文件读出后原样转发给运动控制，由车端完成最后几厘米的对接

系统分层

层	内容
协议	VDA 5050 order / state 消息，JSON Schema 校验，MQTT 发布与订阅
调度	任务管理、就近派单、车辆状态的数字孪生
规划	LIF 图解析、按车型过滤边的 A* 规划、多段路径拼接、动作注入
控制	航点跟踪、状态上报、滤波与速度斜坡
验证	每个开发任务配 pytest 测试；图形化仿真；实验室真机

局限与复盘

派单是就近贪心：按给定顺序把任务交给最近的空闲车，没有做全局最优分配
仿真与真机的差距在不确定性：真车会被临时挡住，速度和装卸时间也和仿真不同；车队管理必须能消化这些延迟，不崩溃、不碰撞、不死锁