CN103112680B - 立体物流系统存取货物路径优化控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体物流系统存取货物路径优化控制系统及方法，其系统包括监控上位机、PLC模块和嵌入式运动控制器，PLC模块的输入端接有多个到货检测传感器和多个货物位置检测传感器，PLC模块的输出端接有多个变频器和多个接触器；嵌入式运动控制器的输入端接有堆垛机状态检测传感器，嵌入式运动控制器的输出端接有X轴和Y轴伺服电机驱动器以及Z轴步进电机驱动器；其方法包括步骤：物流任务信号输入，监控上位机进行路径优化，嵌入式运动控制器和PLC模块分别控制堆垛机和货物运输线执行相应的物流任务。本发明设计合理，使用操作便捷，控制精度高，工作可靠性和稳定性高，物流效率高，实用性强，推广应用价值高。

Description

立体物流系统存取货物路径优化控制系统及方法

技术领域

本发明涉及立体物流系统控制技术领域，尤其是涉及一种立体物流系统存取货物路径优化控制系统及方法。

背景技术

在立体物流系统中，堆垛机是其中关键的作业机械设备，是整个自动化立体物流系统的核心。堆垛机能否正常的运行直接影响着整个自动化立体物流系统能否正常的工作，它的合理的速度控制、精确的定位设计以及准确的故障诊断系统是整个自动化立体物流系统实现高效率、高准确度、高度安全性运行的关键。而进一步提高自动化立体物流系统效率的主要瓶颈也是堆垛机，所以提高堆垛机的效率是提高整个自动化立体物流系统效率的重中之重。

堆垛机拣选作业时，若改变拣选货单中的各货位的访问顺序，则拣选路径也随之而改变，为了提高立体仓库整体的作业效率，提出了寻找具有最小拣选时间的路径规划问题，这是一个典型的组合优化问题，属于NP-hard（Non-polynomial hard）问题之一。目前针对此类问题主要采用的优化算法有粒子群算法、模拟退火算法、神经网络算法、遗传算法，蚁群算法等。但是，单一的算法都或多或少的存在着一些缺陷。比如，蚁群算法由于初期信息匮乏而导致收敛速度较慢，并且由于信息素的正反馈作用，使得其易于陷入局部最优；遗传算法没有利用系统中的反馈信息，导致无为的冗余迭代，从而降低了求解效率，并且因其在进化过程中，需要进行大量的交叉运算，带来额外的计算开销，致使调度时间增加，难以满足实际工程中实时性的需求。而且，常规的立体物流系统的控制方法只能实现堆垛机单一货物的出、入库作业，这样对于需要有大批货物出、入库的情况，其作业效率势必大大降低。

而且，现有技术立体物流系统的控制系统中，大多数堆垛机的控制采用PLC和变频器来实现，这种控制方式下堆垛机启停不是很平稳，这就造成堆垛机启停时产生较大的振动，严重影响了堆垛机的使用寿命，并且振动过大会影响到其搬运货物的安全。总体来说，现有技术种立体物流系统的控制系统，还存在着控制精度较低、工作可靠性较低、故障率较高、物流效率低的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便、使用操作便捷、控制精度高、工作可靠性和稳定性高的立体物流系统存取货物路径优化控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种立体物流系统存取货物路径优化控制系统，所述立体物流系统包括货架、堆垛机和货物运输线，所述货架由间隔设置的前排货架和后排货架组成，所述前排货架和后排货架之间设置有供堆垛机运行的堆垛机轨道，所述货物运输线由皮带运输线、滚筒运输线和倍速链运输线构成，所述皮带运输线、滚筒运输线、倍速链运输线和前排货架首尾依次相邻围成矩形形状，所述倍速链运输线与所述前排货架之间设置有入货台，所述前排货架与所述皮带运输线之间设置有出货台，所述皮带运输线与滚筒运输线之间设置有第一转角机，所述滚筒运输线与倍速链运输线之间设置有第二转角机，所述倍速链运输线上设置有工位阻挡器，所述入货台由入货台电机带动运行，所述出货台由出货台电机带动运行，所述皮带运输线由皮带运输线电机带动运行，所述滚筒运输线由滚筒运输线电机带动运行，所述倍速链运输线由倍速链运输线电机带动运行，所述第一转角机的皮带由第一转角机电机带动正向或反向给第一转角机上运送和运出货物，所述第一转角机由第一转角机气泵和与第一转角机气泵相接的第一转角机气缸带动正转或回转，所述第二转角机的皮带由第二转角机电机带动正向或反向给第二转角机上运送和运出货物，所述第二转角机由第二转角机气泵和与第二转角机气泵相接的第二转角机气缸带动正转或回转，所述堆垛机由X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动运行；其特征在于：所述存取货物路径优化控制系统包括货物运输线控制柜、堆垛机运动控制柜和监控上位机，所述货物运输线控制柜内设置有用于对货物运输线进行控制的PLC模块和与PLC模块相接的第一Profibus总线通讯模块，所述堆垛机运动控制柜内设置有用于对堆垛机进行控制的嵌入式运动控制器，所述嵌入式运动控制器内集成有第二Profibus总线通讯模块，所述PLC模块通过第一Profibus总线通讯模块与所述监控上位机连接并通信，所述嵌入式运动控制器通过第二Profibus总线通讯模块与所述监控上位机连接并通信，所述PLC模块的输入端接有设置在入货台上的入货台到货检测传感器、设置在皮带运输线上且用于对货物在皮带运输线上的运行位置进行检测的多个皮带货物位置检测传感器、设置在第一转角机上的第一转角机到货检测传感器、设置在滚筒运输线上且用于对货物在滚筒运输线上的运行位置进行检测的多个滚筒货物位置检测传感器、设置在第二转角机上的第二转角机到货检测传感器、设置在倍速链运输线上且用于对货物在倍速链运输线上的运行位置进行检测的多个倍速链货物位置检测传感器和设置在出货台上的出货台到货检测传感器，所述PLC模块的输出端接有用于对皮带运输线电机进行变频调速的皮带运输线变频器、用于对滚筒运输线电机进行变频调速的滚筒运输线变频器、用于对倍速链运输线电机进行变频调速的倍速链运输线变频器、用于控制入货台电机启停的入货台接触器、用于控制第一转角机电机正转的第一转角机电机正转接触器、用于控制第一转角机电机反转的第一转角机电机反转接触器、用于控制第一转角机气泵充气的第一转角机气泵充气继电器、用于控制第一转角机气泵放气的第一转角机气泵放气继电器、用于控制第二转角机电机正转的第二转角机电机正转接触器、用于控制第二转角机电机反转的第二转角机电机反转接触器、用于控制第二转角机气泵充气的第二转角机气泵充气继电器、用于控制第二转角机气泵放气的第二转角机气泵放气继电器、用于控制出货台电机启停的出货台接触器和用于控制工位阻挡器伸缩的工位阻挡器接触器，所述皮带运输线电机与所述皮带运输线变频器相接，所述滚筒运输线电机与所述滚筒运输线变频器相接，所述倍速链运输线电机与所述倍速链运输线变频器相接，所述入货台接触器串联在入货台电机的供电回路中，所述第一转角机电机正转接触器和第一转角机电机反转接触器相互并联后串联在第一转角机电机的供电回路中，所述第一转角机气泵充气继电器和第一转角机气泵放气继电器相互并联后串联在第一转角机气泵的供电回路中，所述第二转角机电机正转接触器和第二转角机电机反转接触器相互并联后串联在第二转角机电机的供电回路中，所述第二转角机气泵充气继电器和第二转角机气泵放气继电器相互并联后串联在第二转角机气泵的供电回路中，所述出货台接触器串联在出货台电机的供电回路中，所述工位阻挡器接触器串联在工位阻挡器的供电回路中；所述嵌入式运动控制器的输入端接有用于对堆垛机的工作状态进行检测的堆垛机状态检测传感器，所述嵌入式运动控制器的输出端接有X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，所述X轴伺服电机与所述X轴伺服电机驱动器相接，所述Y轴伺服电机与所述Y轴伺服电机驱动器相接，所述Z轴步进电机与所述Z轴步进电机驱动器相接。

上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述监控上位机为工业控制计算机。

上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述PLC模块为S700系列PLC模块，所述第一Profibus总线通讯模块为EM277通讯模块。

上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述嵌入式运动控制器为固高GT系列运动控制器。

上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述入货台到货检测传感器、皮带货物位置检测传感器和出货台到货检测传感器均为光电传感器，所述滚筒货物位置检测传感器、倍速链货物位置检测传感器、第一转角机到货检测传感器和第二转角机到货检测传感器均为行程传感器，所述工位阻挡器的数量为多个且分别对应设置在多个所述倍速链货物位置检测传感器的后方。

上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述堆垛机状态检测传感器包括设置在堆垛机轨道上且用于对堆垛机在堆垛机轨道上的运行位置进行检测的多个堆垛机运行位置检测传感器和设置在位于所述堆垛机的载货台正下方的堆垛机机架上且用于对堆垛机的载货台的位置进行检测的堆垛机载货台位置检测传感器。

上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述堆垛机运行位置检测传感器和堆垛机载货台位置检测传感器均为微动开关，所述堆垛机运行位置检测传感器的数量为四个，且其中两个间隔设置在所述堆垛机轨道的首端，另外两个间隔设置在所述堆垛机轨道的尾端；所述堆垛机载货台位置检测传感器的数量为两个。

本发明还提供了一种可靠性和稳定性高、能够快速地实现物流路径规划、能够有序快速作业的立体物流系统存取货物路径优化控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、物流任务信号输入：通过操作监控上位机，输入拣选货位编号，并输入出库、加工、入库或移库的物流控制信号，所述监控上位机将货位编号和物流控制信号写入预先存储在其中的物流系统数据库中；

步骤二、物流任务执行，具体过程如下：

步骤201、所述监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化，得到优化物流顺序；

步骤202、所述监控上位机将步骤201中得到的优化物流顺序通过第二Profibus总线通讯模块传输给嵌入式运动控制器，并根据物流控制信号输出相应的控制信号且通过第一Profibus总线通讯模块传输给PLC模块，所述嵌入式运动控制器和PLC模块分别控制堆垛机和货物运输线执行相应的物流任务，具体过程为：

当物流控制信号为出库时：

2021、所述嵌入式运动控制器根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机动作，Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机动作，Z轴步进电机驱动器驱动Z轴步进电机动作，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次从货架取出货物并放置在堆垛机的载货台上；

2022、X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机运行到出货台位置处，并将货物放置到出货台上；

2023、所述出货台到货检测传感器实时检测出货台到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块，当所述PLC模块接收到所述出货台到货检测传感器输出的出货台到货信号后，所述PLC模块控制出货台接触器接通出货台电机的供电回路，出货台电机带动出货台运行，并通过皮带运输线变频器控制皮带运输线电机带动皮带运输线运行，出货台将货物传递给皮带运输线，多个所述皮带货物位置检测传感器对货物在皮带运输线上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块，所述PLC模块接收多个所述皮带货物位置检测传感器输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块判断出皮带运输线有货物到达时，所述PLC模块控制出货台接触器断开出货台电机的供电回路，出货台电机停止带动出货台运行；

2024、当所述PLC模块判断出皮带运输线上的货物到达皮带运输线的中间位置处时，所述PLC模块通过皮带运输线变频器控制皮带运输线电机停止带动皮带运输线运行；

2025、人工将货物从皮带运输线上取下，货物出库完成；

当物流控制信号为入库时：

2026、人工将货物放置在倍速链运输线上，所述PLC模块通过倍速链运输线变频器控制滚筒运输线电机带动倍速链运输线运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器对货物在倍速链运输线上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块，所述PLC模块接收多个所述倍速链货物位置检测传感器输出的信号并进行分析处理；

2027、当所述PLC模块判断出倍速链运输线有货物送出时，所述PLC模块控制入货台接触器接通入货台电机的供电回路，入货台电机带动入货台运行，所述入货台到货检测传感器实时检测入货台到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块，当所述PLC模块接收到所述入货台到货检测传感器输出的入货台到货信号后，所述PLC模块控制入货台接触器断开入货台电机的供电回路，入货台电机停止带动入货台运行；

2028、所述嵌入式运动控制器输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机动作，Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机动作，Z轴步进电机驱动器驱动Z轴步进电机动作，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机运行到入货台位置处，并将货物从入货台上放置到堆垛机的载货台上；

2029、所述嵌入式运动控制器根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将载货台上的货物放置在货架上，货物入库完成；

当物流控制信号为移库时：

20210、所述嵌入式运动控制器根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机动作，Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机动作，Z轴步进电机驱动器驱动Z轴步进电机动作，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将货物从现存的货位上取出并存放到目标货位上，货物移库完成；

当物流控制信号为加工时：

20211、所述嵌入式运动控制器和PLC模块按照上述物流控制信号为出库时的过程2021～2023控制堆垛机、出货台和皮带运输线执行出库的物流任务；

20212、当所述PLC模块判断出皮带运输线上的货物到达皮带运输线的出货位置处时，所述PLC模块通过控制第一转角机电机正转接触器接通第一转角机电机的供电回路，第一转角机电机正转并带动第一转角机的皮带正向给第一转角机上运送货物，第一转角机到货检测传感器实时检测第一转角机到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块，当所述PLC模块接收到所述第一转角机到货检测传感器输出的第一转角机到货信号后，所述PLC模块控制第一转角机电机正转接触器断开第一转角机电机的供电回路，第一转角机电机停止正转；

20213、所述PLC模块控制第一转角机气泵充气继电器接通第一转角机气泵的供电回路，第一转角机气泵充气并使第一转角机气缸带动第一转角机正转90度，第一转角机旋转到位后，所述PLC模块通过滚筒运输线变频器控制滚筒运输线电机带动滚筒运输线运行，多个所述滚筒货物位置检测传感器对货物在滚筒运输线上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块，所述PLC模块接收多个所述滚筒货物位置检测传感器输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块判断出滚筒运输线上有货物送到时，所述PLC模块控制第一转角机气泵充气继电器断开第一转角机气泵的供电回路，并控制第一转角机气泵放气继电器接通第一转角机气泵的供电回路，第一转角机气泵放气并使第一转角机气缸带动第一转角机回转90度进行回位；

20214、当所述PLC模块判断出滚筒运输线上有货物送出时，所述PLC模块通过控制第二转角机电机正转接触器接通第二转角机电机的供电回路，第二转角机电机正转并带动第二转角机的皮带正向给第二转角机上运送货物，第二转角机到货检测传感器实时检测第二转角机到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块，当所述PLC模块接收到所述第二转角机到货检测传感器输出的第二转角机到货信号后，所述PLC模块控制第二转角机电机正转接触器断开第二转角机电机的供电回路，第二转角机电机停止正转；

20215、所述PLC模块控制第二转角机气泵充气继电器接通第二转角机气泵的供电回路，第二转角机气泵充气并使第二转角机气缸带动第二转角机正转90度，第二转角机旋转到位后，所述PLC模块通过倍速链运输线变频器控制倍速链运输线电机带动倍速链运输线运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器对货物在倍速链运输线上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块，所述PLC模块接收多个所述倍速链货物位置检测传感器输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块判断出倍速链运输线上有货物送到时，所述PLC模块控制第二转角机气泵充气继电器断开第二转角机气泵的供电回路，并控制第二转角机气泵充气继电器接通第二转角机气泵的供电回路，第二转角机气泵放气并使第二转角机气缸带动第二转角机回转90度进行回位；

20216、所述PLC模块根据多个所述倍速链货物位置检测传感器输出的信号，判断出货物在倍速链运输线上的位置，延时一段时间，到达加工时间后，所述PLC模块控制相应位置处的工位阻挡器接触器接通工位阻挡器的供电回路，工位阻挡器从所述倍速链运输线上缩回，解除阻挡，货物继续在倍速链运输线上传输；

20217、当所述PLC模块判断出倍速链运输线上有货物送出时，所述PLC模块和嵌入式运动控制器按照上述物流控制信号为入库时的过程2027～2029控制倍速链运输线、入货台和堆垛机执行入库的物流任务，入库完成后货物加工即完成。

上述的方法，其特征在于：步骤201中所述监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化之前，所述监控上位机先调用故障检测模块对系统出现的空货位出库、满货位入库、载货台状态错误、数据通信错误、指令传输错误的故障进行检测，当检测到有故障出现时，所述监控上位机发出故障报警信号、记录故障信息并显示。

上述的方法，其特征在于：步骤201中所述监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化的具体过程如下：

步骤2011、参数初始化：令时间t=0，循环次数N_c＝0，货位点i到货位点j路径上的初始信息素τ_ij＝τ₀，蚂蚁只数m，每只蚂蚁的禁忌表均为空；设置最大迭代次数maxgen、搜索路径循环次数round、基因换位概率p_h、移位概率p_y和倒位概率p_d；

步骤2012、初始化蚁群：设置编号为0的附加货位点，附件货位点的坐标为,，将m只蚂蚁放置在附加货位点处，并将附加货位点的编号0加入到每只蚂蚁各自的禁忌表中；

步骤2013、循环搜索路径：首先，根据公式

$j=\left\{\begin{array}{cc}\arg \underset{u\∈U}{\max }\left[{\left({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{iu}}\right)}^{\mathrm{\α}}{\left({\mathrm{\η}}_{\mathrm{iu}}\right)}^{\mathrm{\β}}\right],& q\≤q_0\\ J,& q>q_0\end{array}\right.$

选择下一个坐标为(X_j,Y_j)的需要拣选的货位，记录货位号j并加入到每只蚂蚁各自的禁忌表中；其中，τ_iu为货位i到货位u路径上的信息素轨迹强度，η_iu为货位i到货位u路径的能见度且表示货位i转移到货位u的启发信息，取η_iu=1/d_iu，d_iu为货位i与货位u之间的距离，α为信息素轨迹的相对重要性，β为启发信息的相对重要度，q为在[0,1]区间内均匀分布的随机数，q₀为蚂蚁搜索路径的设置参数且0≤q₀≤1，U为所有拣选货位的集合；J为根据路径选择概率公式选择出的货位，其中，τ_ij为货位i到货位j路径上的信息素轨迹强度，η_ij为货位i到货位j路径的能见度且表示货位i转移到货位j的启发信息，取η_ij=1/d_ij，d_ij为货位i与货位j之间的距离；

然后，根据公式

τ_ij(t+1)=ρ·τ_ij(t)+(1-ρ)Δτ_ij(t)

对路径上的信息素量进行局部更新；其中，ρ为局部更新信息素轨迹的持久度系数且0≤ρ≤1，Δτ_ij(t)为信息素的变化量且

${\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{ij}}^k\left(t\right)$

其中，为经过了货位i和货位j之间路径的蚂蚁k在这条路径上留下的信息素增量且

其中，k为整数且取值范围为1～m，Q为信息素总量，L_k为蚂蚁k在本次循环中所走路径的总长度；

步骤2014、判断蚂蚁是否遍历了所有拣选货位点，当蚂蚁遍历了所有拣选货位点时，就在m个禁忌表中形成了m个货位拣选顺序，接着执行步骤2015，否则返回步骤2013；

步骤2015、将m只蚂蚁在经过循环搜索路径后的m个禁忌表看成m条染色体，并将所述m条染色体作为初始种群；

步骤2016、首先，根据m个禁忌表中记录的m个货位拣选顺序，并根据公式计算所有个体的适应度值F，其中，T_n为按照禁忌表中第n条货位拣选顺序所需要付出的时间代价，n为整数且取值范围为1～m；接着，将m条染色体按照适应度值从大到小排列；然后，将从大到小排列的m条染色体中的前30%的个体进行保存；

步骤2017、首先，对从大到小排列的m条染色体中的后70%的个体按照步骤2011中设置的基因换位概率p_h、移位概率p_y和倒位概率p_d进行换位、移位和倒位的基因重组操作，生m条新染色体；然后，将m条新染色体加入到初始种群中，形成新种群，新种群中记录了新的货位拣选顺序；

步骤2018、判断遗传进化是否达到了步骤2011中设置的最大迭代次数maxgen，是就执行步骤2019，否则返回步骤2016；

步骤2019、首先，根据新种群中记录的新的货位拣选顺序，并根据公式计算所有个体的适应度值F，其中，T_q为按照新种群中第q条货位拣选顺序所需要付出的时间代价，q的取值为小于新种群中所有个体数量的整数；接着，将适应度值最大的个体作为新的全局中的最优解；

步骤20110、首先，根据公式

τ_ij(t+1)=γ·τ_ij(t)+(1-γ)Δτ_ij(t)

进行全局信息素更新，然后，判断是否达到了步骤2011中设置的搜索路径循环次数round，是就输出步骤2019中的最优解并清空禁忌表，否则返回步骤2013；其中，γ为全局更新信息素轨迹的持久度系数且0≤γ≤1，Δτ_ij(t)为信息素的变化量且

${\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{ij}}^k\left(t\right)$

其中，为经过了货位i和货位j之间路径的蚂蚁k在这条路径上留下的信息素增量且

其中，k为整数且取值范围为1～m，Q为信息素总量，L_k为蚂蚁k在本次循环中所走路径的总长度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明控制系统采用了集成化、模块化的设计，结构简单，设计合理，实现方便。

2、本发明采用了固高GT系列运动控制器对堆垛机进行控制，固高GT系列运动控制器能够实现高性能的控制计算，通过X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机，通过Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机，能够使堆垛机的运行更加平稳，定位精度更加准确，能大幅延长堆垛机的使用寿命，并且减少了立体物流系统运行中的安全隐患。

3、本发明控制方法中采用了ACA（Ant Colony Al gorithm，蚁群）算法和PGA（Partheno Genetic Al gorithm，单亲遗传）算法相结合的路径优化方法，将单亲遗传算法加入到了蚁群系统的每一次迭代中，提供了一种新的单亲遗传蚁群算法控制方法，该控制方法不仅提高了传统蚁群算法跳出局部最优的能力，还加快了其收敛的速度，能够快速地实现物流路径规划。

4、本发明不仅能一次进行多个货物的出库、入库、移库或加工作业，并且在此基础之上优化了拣选作业的路径和次序，能够有序快速作业，在不影响立体物流系统功能的前提下，简化了常规立体物流系统的操作，作业效率高，方便人员操作与实时监控，并且极大地提高了整个物流系统的效率。

5、本发明对立体物流系统的操作控制精度高、快速性好，省时省力，能够进行实时控制操作及故障诊断，不仅使整个系统的可靠性和稳定性有所提高，还提高了立体物流系统的运行效率，实用性强，推广应用价值高。

6、本发明控制方法中监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化的方法，还可以推广到其它物流系统的优化控制，为物流系统的快速作用奠定了基础。

综上所述，本发明设计合理，实现方便，使用操作便捷，控制精度高，工作可靠性和稳定性高，物流效率高，实用性强，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明控制系统的电路原理框图。

图2为本发明立体物力系统的结构示意图。

图3为本发明控制方法的方法流程图。

图4为本发明监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块进行路径优化的流程图。

图5为本发明监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块得到的优化物流顺序路径仿真图。

图6为本发明随机的堆垛机拣选作业路径仿真图。

附图标记说明:

1-1—PLC模块；1-2—第一Profibus总线通讯模块；

1-3—皮带运输线变频器；1-4—滚筒运输线变频器；

1-5—倍速链运输线变频器；1-6—入货台接触器；

1-7—第一转角机电机正转接触器；1-8—第一转角机电机反转接触器；1-9—第一转角机气泵充气继电器；1-10—第一转角机气泵放气继电器；1-11—第二转角机电机正转接触器；1-12—第二转角机电机反转接触器；1-13—第二转角机气泵充气继电器；1-14—第二转角机气泵放气继电器；1-15—出货台接触器；1-16—工位阻挡器接触器；

2-1—嵌入式运动控制器；2-2—第二P rofi bus总线通讯模块；2-3—X轴伺服电机驱动器；2-4—Y轴伺服电机驱动器；

2-5—Z轴步进电机驱动器；3—监控上位机；

4—入货台到货检测传感器；5—皮带货物位置检测传感器；

6-第一转角机到货检测传感器；7-滚筒货物位置检测传感器；

8—第二转角机到货检测传感器；9—倍速链货物位置检测传感器；

10—出货台到货检测传感器；11—堆垛机运行位置检测传感器；

12—堆垛机载货台位置检测传感器；13—前排货架；

14—后排货架；15—堆垛机轨道；16—堆垛机；

17—皮带运输线；18—滚筒运输线；19—倍速链运输线；

20—入货台；21—出货台；22—第一转角机；

23—第二转角机；24—工位阻挡器；25—入货台电机；

26—出货台电机；27—皮带运输线电机；28—滚筒运输线电机；

29—倍速链运输线电机；30—第一转角机气泵；

31—第二转角机气泵；32—X轴伺服电机；33—Y轴伺服电机；

34—Z轴步进电机；35—第一转角机电机；36—第二转角机电机。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，所述立体物流系统包括货架、堆垛机16和货物运输线，所述货架由间隔设置的前排货架13和后排货架14组成，所述前排货架13和后排货架14之间设置有供堆垛机16运行的堆垛机轨道15，所述货物运输线由皮带运输线17、滚筒运输线18和倍速链运输线19构成，所述皮带运输线17、滚筒运输线18、倍速链运输线19和前排货架13首尾依次相邻围成矩形形状，所述倍速链运输线19与所述前排货架13之间设置有入货台20，所述前排货架13与所述皮带运输线17之间设置有出货台21，所述皮带运输线17与滚筒运输线18之间设置有第一转角机22，所述滚筒运输线18与倍速链运输线19之间设置有第二转角机23，所述倍速链运输线19上设置有工位阻挡器24，所述入货台20由入货台电机25带动运行，所述出货台21由出货台电机26带动运行，所述皮带运输线17由皮带运输线电机27带动运行，所述滚筒运输线18由滚筒运输线电机28带动运行，所述倍速链运输线19由倍速链运输线电机29带动运行，所述第一转角机22的皮带由第一转角机电机35带动正向或反向给第一转角机22上运送和运出货物，所述第一转角机22由第一转角机气泵30和与第一转角机气泵30相接的第一转角机气缸带动正转或回转，所述第二转角机23的皮带由第二转角机电机36带动正向或反向给第二转角机23上运送和运出货物，所述第二转角机23由第二转角机气泵31和与第二转角机气泵31相接的第二转角机气缸带动正转或回转，所述堆垛机16由X轴伺服电机32、Y轴伺服电机33和Z轴步进电机34带动运行；所述存取货物路径优化控制系统包括货物运输线控制柜、堆垛机运动控制柜和监控上位机3，所述货物运输线控制柜内设置有用于对货物运输线进行控制的PLC模块1-1和与PLC模块1-1相接的第一Profibus总线通讯模块1-2，所述堆垛机运动控制柜内设置有用于对堆垛机16进行控制的嵌入式运动控制器2-1，所述嵌入式运动控制器2-1内集成有第二Profibus总线通讯模块2-2，所述PLC模块1-1通过第一Profibus总线通讯模块1-2与所述监控上位机3连接并通信，所述嵌入式运动控制器2-1通过第二Profibus总线通讯模块2-2与所述监控上位机3连接并通信，所述PLC模块1-1的输入端接有设置在入货台20上的入货台到货检测传感器4、设置在皮带运输线17上且用于对货物在皮带运输线17上的运行位置进行检测的多个皮带货物位置检测传感器5、设置在第一转角机22上的第一转角机到货检测传感器6、设置在滚筒运输线18上且用于对货物在滚筒运输线18上的运行位置进行检测的多个滚筒货物位置检测传感器7、设置在第二转角机23上的第二转角机到货检测传感器8、设置在倍速链运输线19上且用于对货物在倍速链运输线19上的运行位置进行检测的多个倍速链货物位置检测传感器9和设置在出货台21上的出货台到货检测传感器10，所述PLC模块1-1的输出端接有用于对皮带运输线电机27进行变频调速的皮带运输线变频器1-3、用于对滚筒运输线电机28进行变频调速的滚筒运输线变频器1-4、用于对倍速链运输线电机29进行变频调速的倍速链运输线变频器1-5、用于控制入货台电机25启停的入货台接触器1-6、用于控制第一转角机电机35正转的第一转角机电机正转接触器1-7、用于控制第一转角机电机35反转的第一转角机电机反转接触器1-8、用于控制第一转角机气泵30充气的第一转角机气泵充气继电器1-9、用于控制第一转角机气泵30放气的第一转角机气泵放气继电器1-10、用于控制第二转角机电机36正转的第二转角机电机正转接触器1-11、用于控制第二转角机电机36反转的第二转角机电机反转接触器1-12、用于控制第二转角机气泵31充气的第二转角机气泵充气继电器1-13、用于控制第二转角机气泵31放气的第二转角机气泵放气继电器1-14、用于控制出货台电机26启停的出货台接触器1-15和用于控制工位阻挡器24伸缩的工位阻挡器接触器1-16，所述皮带运输线电机27与所述皮带运输线变频器1-3相接，所述滚筒运输线电机28与所述滚筒运输线变频器1-4相接，所述倍速链运输线电机29与所述倍速链运输线变频器1-5相接，所述入货台接触器1-6串联在入货台电机25的供电回路中，所述第一转角机电机正转接触器1-7和第一转角机电机反转接触器1-8相互并联后串联在第一转角机电机35的供电回路中，所述第一转角机气泵充气继电器1-9和第一转角机气泵放气继电器1-10相互并联后串联在第一转角机气泵30的供电回路中，所述第二转角机电机正转接触器1-11和第二转角机电机反转接触器1-12相互并联后串联在第二转角机电机36的供电回路中，所述第二转角机气泵充气继电器1-13和第二转角机气泵放气继电器1-14相互并联后串联在第二转角机气泵31的供电回路中，所述出货台接触器1-15串联在出货台电机26的供电回路中，所述工位阻挡器接触器1-16串联在工位阻挡器24的供电回路中；所述嵌入式运动控制器2-1的输入端接有用于对堆垛机16的工作状态进行检测的堆垛机状态检测传感器，所述嵌入式运动控制器2-1的输出端接有X轴伺服电机驱动器2-3、Y轴伺服电机驱动器2-4和Z轴步进电机驱动器2-5，所述X轴伺服电机32与所述X轴伺服电机驱动器2-3相接，所述Y轴伺服电机33与所述Y轴伺服电机驱动器2-4相接，所述Z轴步进电机34与所述Z轴步进电机驱动器2-5相接。

本实施例中，所述监控上位机3为工业控制计算机。所述PLC模块1-1为S7-200系列PLC模块，所述第一Pr of i bu s总线通讯模块1-2为EM277通讯模块。所述嵌入式运动控制器2-1为固高GT系列运动控制器。

本实施例中，所述入货台到货检测传感器4、皮带货物位置检测传感器5和出货台到货检测传感器10均为光电传感器，所述滚筒货物位置检测传感器7、倍速链货物位置检测传感器9、第一转角机到货检测传感器6和第二转角机到货检测传感器8均为行程传感器，所述工位阻挡器24的数量为多个且分别对应设置在多个所述倍速链货物位置检测传感器9的后方。

本实施例中，所述堆垛机状态检测传感器包括设置在堆垛机轨道15上且用于对堆垛机16在堆垛机轨道15上的运行位置进行检测的多个堆垛机运行位置检测传感器11和设置在位于所述堆垛机16的载货台正下方的堆垛机16机架上且用于对堆垛机16的载货台的位置进行检测的堆垛机载货台位置检测传感器12。所述堆垛机运行位置检测传感器11和堆垛机载货台位置检测传感器12均为微动开关，所述堆垛机运行位置检测传感器11的数量为四个，且其中两个间隔设置在所述堆垛机轨道15的首端，另外两个间隔设置在所述堆垛机轨道15的尾端；所述堆垛机载货台位置检测传感器12的数量为两个。

结合图3，本发明所述的立体物流系统存取货物路径优化控制方法，包括以下步骤：

步骤一、物流任务信号输入：通过操作监控上位机3，输入拣选货位编号，并输入出库、加工、入库或移库的物流控制信号，所述监控上位机3将货位编号和物流控制信号写入预先存储在其中的物流系统数据库中；

步骤二、物流任务执行，具体过程如下：

步骤201、所述监控上位机3调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化，得到优化物流顺序；

步骤202、所述监控上位机3将步骤201中得到的优化物流顺序通过第二Profibus总线通讯模块2-2传输给嵌入式运动控制器2-1，并根据物流控制信号输出相应的控制信号且通过第一Profibus总线通讯模块1-2传输给PLC模块1-1，所述嵌入式运动控制器2-1和PLC模块1-1分别控制堆垛机16和货物运输线执行相应的物流任务，具体过程为：

当物流控制信号为出库时：

2021、所述嵌入式运动控制器2-1根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器2-3、Y轴伺服电机驱动器2-4和Z轴步进电机驱动器2-5，X轴伺服电机驱动器2-3驱动X轴伺服电机32动作，Y轴伺服电机驱动器2-4驱动Y轴伺服电机33动作，Z轴步进电机驱动器2-5驱动Z轴步进电机34动作，X轴伺服电机32、Y轴伺服电机33和Z轴步进电机34带动堆垛机16根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次从货架取出货物并放置在堆垛机16的载货台上；

2022、X轴伺服电机32、Y轴伺服电机33和Z轴步进电机34带动堆垛机16运行到出货台21位置处，并将货物放置到出货台21上；

2023、所述出货台到货检测传感器10实时检测出货台21到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块1-1，当所述PLC模块1-1接收到所述出货台到货检测传感器10输出的出货台21到货信号后，所述PLC模块1-1控制出货台接触器1-15接通出货台电机26的供电回路，出货台电机26带动出货台21运行，并通过皮带运输线变频器1-3控制皮带运输线电机27带动皮带运输线17运行，出货台21将货物传递给皮带运输线17，多个所述皮带货物位置检测传感器5对货物在皮带运输线17上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块1-1，所述PLC模块1-1接收多个所述皮带货物位置检测传感器5输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块1-1判断出皮带运输线17有货物到达时，所述PLC模块1-1控制出货台接触器1-15断开出货台电机26的供电回路，出货台电机26停止带动出货台21运行；

2024、当所述PLC模块1-1判断出皮带运输线17上的货物到达皮带运输线17的中间位置处时，所述PLC模块1-1通过皮带运输线变频器1-3控制皮带运输线电机27停止带动皮带运输线17运行；

2025、人工将货物从皮带运输线17上取下，货物出库完成；

当物流控制信号为入库时：

2026、人工将货物放置在倍速链运输线19上，所述PLC模块1-1通过倍速链运输线变频器1-5控制滚筒运输线电机28带动倍速链运输线19运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器9对货物在倍速链运输线19上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块1-1，所述PLC模块1-1接收多个所述倍速链货物位置检测传感器9输出的信号并进行分析处理；

2027、当所述PLC模块1-1判断出倍速链运输线19有货物送出时，所述PLC模块1-1控制入货台接触器1-6接通入货台电机25的供电回路，入货台电机25带动入货台20运行，所述入货台到货检测传感器4实时检测入货台20到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块1-1，当所述PLC模块1-1接收到所述入货台到货检测传感器4输出的入货台20到货信号后，所述PLC模块1-1控制入货台接触器1-6断开入货台电机25的供电回路，入货台电机25停止带动入货台20运行；

2028、所述嵌入式运动控制器2-1输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器2-3、Y轴伺服电机驱动器2-4和Z轴步进电机驱动器2-5，X轴伺服电机驱动器2-3驱动X轴伺服电机32动作，Y轴伺服电机驱动器2-4驱动Y轴伺服电机33动作，Z轴步进电机驱动器2-5驱动Z轴步进电机34动作，X轴伺服电机32、Y轴伺服电机33和Z轴步进电机34带动堆垛机16运行到入货台20位置处，并将货物从入货台20上放置到堆垛机16的载货台上；

2029、所述嵌入式运动控制器2-1根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器2-3、Y轴伺服电机驱动器2-4和Z轴步进电机驱动器2-5，X轴伺服电机32、Y轴伺服电机33和Z轴步进电机34带动堆垛机16根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将载货台上的货物放置在货架上，货物入库完成；

当物流控制信号为移库时：

20210、所述嵌入式运动控制器2-1根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器2-3、Y轴伺服电机驱动器2-4和Z轴步进电机驱动器2-5，X轴伺服电机驱动器2-3驱动X轴伺服电机32动作，Y轴伺服电机驱动器2-4驱动Y轴伺服电机33动作，Z轴步进电机驱动器2-5驱动Z轴步进电机34动作，X轴伺服电机32、Y轴伺服电机33和Z轴步进电机34带动堆垛机16根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将货物从现存的货位上取出并存放到目标货位上，货物移库完成；

当物流控制信号为加工时：

20211、所述嵌入式运动控制器2-1和PLC模块1-1按照上述物流控制信号为出库时的过程2021～2023控制堆垛机16、出货台21和皮带运输线17执行出库的物流任务；

20212、当所述PLC模块1-1判断出皮带运输线17上的货物到达皮带运输线17的出货位置处时，所述PLC模块1-1通过控制第一转角机电机正转接触器1-7接通第一转角机电机35的供电回路，第一转角机电机35正转并带动第一转角机22的皮带正向给第一转角机22上运送货物，第一转角机到货检测传感器6实时检测第一转角机22到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块1-1，当所述PLC模块1-1接收到所述第一转角机到货检测传感器6输出的第一转角机22到货信号后，所述PLC模块1-1控制第一转角机电机正转接触器1-7断开第一转角机电机35的供电回路，第一转角机电机35停止正转；

20213、所述PLC模块1-1控制第一转角机气泵充气继电器1-9接通第一转角机气泵30的供电回路，第一转角机气泵30充气并使第一转角机气缸带动第一转角机22正转90度，第一转角机22旋转到位后，所述PLC模块1-1通过滚筒运输线变频器1-4控制滚筒运输线电机28带动滚筒运输线18运行，多个所述滚筒货物位置检测传感器7对货物在滚筒运输线18上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块1-1，所述PLC模块1-1接收多个所述滚筒货物位置检测传感器7输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块1-1判断出滚筒运输线18上有货物送到时，所述PLC模块1-1控制第一转角机气泵充气继电器1-9断开第一转角机气泵30的供电回路，并控制第一转角机气泵放气继电器1-10接通第一转角机气泵30的供电回路，第一转角机气泵30放气并使第一转角机气缸带动第一转角机22回转90度进行回位；

20214、当所述PLC模块1-1判断出滚筒运输线18上有货物送出时，所述PLC模块1-1通过控制第二转角机电机正转接触器1-11接通第二转角机电机36的供电回路，第二转角机电机36正转并带动第二转角机23的皮带正向给第二转角机23上运送货物，第二转角机到货检测传感器8实时检测第二转角机23到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块1-1，当所述PLC模块1-1接收到所述第二转角机到货检测传感器8输出的第二转角机23到货信号后，所述PLC模块1-1控制第二转角机电机正转接触器1-11断开第二转角机电机36的供电回路，第二转角机电机36停止正转；

20215、所述PLC模块1-1控制第二转角机气泵充气继电器1-13接通第二转角机气泵31的供电回路，第二转角机气泵31充气并使第二转角机气缸带动第二转角机23正转90度，第二转角机23旋转到位后，所述PLC模块1-1通过倍速链运输线变频器1-5控制倍速链运输线电机29带动倍速链运输线19运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器9对货物在倍速链运输线19上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块1-1，所述PLC模块1-1接收多个所述倍速链货物位置检测传感器9输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块1-1判断出倍速链运输线19上有货物送到时，所述PLC模块1-1控制第二转角机气泵充气继电器1-13断开第二转角机气泵31的供电回路，并控制第二转角机气泵充气继电器1-13接通第二转角机气泵31的供电回路，第二转角机气泵31放气并使第二转角机气缸带动第二转角机23回转90度进行回位；

20216、所述PLC模块1-1根据多个所述倍速链货物位置检测传感器9输出的信号，判断出货物在倍速链运输线19上的位置，延时一段时间，到达加工时间后，所述PLC模块1-1控制相应位置处的工位阻挡器接触器1-16接通工位阻挡器24的供电回路，工位阻挡器24从所述倍速链运输线19上缩回，解除阻挡，货物继续在倍速链运输线19上传输；

20217、当所述PLC模块1-1判断出倍速链运输线19上有货物送出时，所述PLC模块1-1和嵌入式运动控制器2-1按照上述物流控制信号为入库时的过程2027～2029控制倍速链运输线19、入货台20和堆垛机16执行入库的物流任务，入库完成后货物加工即完成。

本实施例中，步骤201中所述监控上位机3调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化之前，所述监控上位机3先调用故障检测模块对系统出现的空货位出库、满货位入库、载货台状态错误、数据通信错误、指令传输错误的故障进行检测，当检测到有故障出现时，所述监控上位机3发出故障报警信号、记录故障信息并显示。具体而言，两个堆垛机载货台位置检测传感器12一上一下安装，当上方的堆垛机载货台位置检测传感器12检测到堆垛机货台到达的信号后，一旦下方的堆垛机载货台位置检测传感器12也检测到了堆垛机货台到达的信号，说明堆垛机货台向下运动超出了极限位置，说明发生了载货台状态错误。具体实施时，当工作人员发现故障报警信号后，可以通过操作监控上位机3，输入系统急停、系统复位、堆垛机回零等控制信号，避免损坏立体物流系统。堆垛机回零的作用是校正堆垛机16的载货台和货叉的位置，使其X轴、Y轴和Z轴三轴坐标均归零，以便使堆垛机16在取货和放货时X轴伺服电机32、Y轴伺服电机33和Z轴步进电机34能准确的到达货物所处的位置，而不至于与货架、出入货台发生碰撞。因此，设置故障检测，能够有效避免误操作对立体物流系统的损坏，延长立体物流系统的使用寿命。

结合图4，本实施例中，步骤201中所述监控上位机3调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化的具体过程如下：

步骤2011、参数初始化：令时间t=0，循环次数N_c＝0，货位点i到货位点j路径上的初始信息素τ_ij＝τ₀，蚂蚁只数m，每只蚂蚁的禁忌表均为空；设置最大迭代次数maxgen、搜索路径循环次数round、基因换位概率p_h、移位概率p_y和倒位概率p_d；

步骤2012、初始化蚁群：设置编号为0的附加货位点，附件货位点的坐标为0,0，将m只蚂蚁放置在附加货位点处，并将附加货位点的编号0加入到每只蚂蚁各自的禁忌表中；

步骤2013、循环搜索路径：首先，根据公式

$j=\left\{\begin{array}{cc}\arg \underset{u\∈U}{\max }\left[{\left({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{iu}}\right)}^{\mathrm{\α}}{\left({\mathrm{\η}}_{\mathrm{iu}}\right)}^{\mathrm{\β}}\right],& q\≤q_0\\ J,& q>q_0\end{array}\right.$

选择下一个坐标为(X_j,Y_j)的需要拣选的货位，记录货位号j并加入到每只蚂蚁各自的禁忌表中；其中，τ_iu为货位i到货位u路径上的信息素轨迹强度，τ_iu为货位i到货位u路径的能见度且表示货位i转移到货位u的启发信息，取η_iu=1/d_iu，d_iu为货位i与货位u之间的距离，α为信息素轨迹的相对重要性，β为启发信息的相对重要度，q为在[0,1]区间内均匀分布的随机数，q₀为蚂蚁搜索路径的设置参数且0≤q₀≤1，U为所有拣选货位的集合；J为根据路径选择概率公式选择出的货位，其中，τ_ij为货位i到货位j路径上的信息素轨迹强度，η_ij为货位i到货位j路径的能见度且表示货位i转移到货位j的启发信息，取η_ij=1/d_ij，d_ij为货位i与货位j之间的距离；

然后，根据公式

τ_ij(t+1)=ρ·τ_ij(t)+(1-ρ)Δτ_ij(t)

对路径上的信息素量进行局部更新；其中，ρ为局部更新信息素轨迹的持久度系数且0≤ρ≤1，Δτ_ij(t)为信息素的变化量且

${\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{ij}}^k\left(t\right)$

其中，为经过了货位i和货位j之间路径的蚂蚁k在这条路径上留下的信息素增量且

其中，k为整数且取值范围为1～m，Q为信息素总量，L_k为蚂蚁k在本次循环中所走路径的总长度；

步骤2014、判断蚂蚁是否遍历了所有拣选货位点，当蚂蚁遍历了所有拣选货位点时，就在m个禁忌表中形成了m个货位拣选顺序，接着执行步骤2015，否则返回步骤2013；

步骤2015、将m只蚂蚁在经过循环搜索路径后的m个禁忌表看成m条染色体，并将所述m条染色体作为初始种群；

步骤2016、首先，根据m个禁忌表中记录的m个货位拣选顺序，并根据公式计算所有个体的适应度值F，其中，T_n为按照禁忌表中第n条货位拣选顺序所需要付出的时间代价，n为整数且取值范围为1～m；接着，将m条染色体按照适应度值从大到小排列；然后，将从大到小排列的m条染色体中的前30%的个体进行保存；

步骤2017、首先，对从大到小排列的m条染色体中的后70%的个体按照步骤2011中设置的基因换位概率p_h、移位概率p_y和倒位概率p_d进行换位、移位和倒位的基因重组操作，生m条新染色体；然后，将m条新染色体加入到初始种群中，形成新种群，新种群中记录了新的货位拣选顺序；

步骤2018、判断遗传进化是否达到了步骤2011中设置的最大迭代次数maxgen，是就执行步骤2019，否则返回步骤2016；

步骤2019、首先，根据新种群中记录的新的货位拣选顺序，并根据公式计算所有个体的适应度值F，其中，T_q为按照新种群中第q条货位拣选顺序所需要付出的时间代价，q的取值为小于新种群中所有个体数量的整数；接着，将适应度值最大的个体作为新的全局中的最优解；

步骤20110、首先，根据公式

τ_ij(t+1)=γ·τ_ij(t)+(1-γ)Δτ_ij(t)

进行全局信息素更新，然后，判断是否达到了步骤2011中设置的搜索路径循环次数round，是就输出步骤2019中的最优解并清空禁忌表，否则返回步骤2013；其中，γ为全局更新信息素轨迹的持久度系数且0≤γ≤1，Δτ_ij(t)为信息素的变化量且

${\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\τ}}_{\mathrm{ij}}^k\left(t\right)$

其中，为经过了货位i和货位j之间路径的蚂蚁k在这条路径上留下的信息素增量且

其中，k为整数且取值范围为1～m，Q为信息素总量，L_k为蚂蚁k在本次循环中所走路径的总长度。

为了验证监控上位机3调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化确实能够得到优化物流顺序，采用MATLAB软件对其进行了仿真，仿真中，设置拣选货位的数量为19个，蚂蚁只数m=20，最大迭代次数maxgen=200，搜索路径循环次数round=200，基因换位概率p_h=0.9，移位概率p_y=0.2，倒位概率p_d=0.9，信息素轨迹的相对重要性α=0.5，启发信息的相对重要度β=0.5，蚂蚁搜索路径的设置参数q₀=0.7，局部更新信息素轨迹的持久度系数ρ=0.7，全局更新信息素轨迹的持久度系数γ=0.7；仿真得到的优化物流顺序路径如图5所示，而随机的堆垛机拣选作业路径仿真如图6所示。图5和图6中，横坐标column均表示货位的行号，纵坐标line均表示货位的列号。

堆垛机16按照图5中的优化物流顺序路径进行拣选作业所付出的时间代价为52s，而堆垛机16按照图6中的随机拣选作业路径进行拣选作业所付出的时间代价为177.67s，仿真实验结果表明，通过调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化后，堆垛机16拣选作业的时间大大的缩短了，优化率达到了70.73%。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种立体物流系统存取货物路径优化控制系统，所述立体物流系统包括货架、堆垛机(16)和货物运输线，所述货架由间隔设置的前排货架(13)和后排货架(14)组成，所述前排货架(13)和后排货架(14)之间设置有供堆垛机(16)运行的堆垛机轨道(15)，所述货物运输线由皮带运输线(17)、滚筒运输线(18)和倍速链运输线(19)构成，所述皮带运输线(17)、滚筒运输线(18)、倍速链运输线(19)和前排货架(13)首尾依次相邻围成矩形形状，所述倍速链运输线(19)与所述前排货架(13)之间设置有入货台(20)，所述前排货架(13)与所述皮带运输线(17)之间设置有出货台(21)，所述皮带运输线(17)与滚筒运输线(18)之间设置有第一转角机(22)，所述滚筒运输线(18)与倍速链运输线(19)之间设置有第二转角机(23)，所述倍速链运输线(19)上设置有工位阻挡器(24)，所述入货台(20)由入货台电机(25)带动运行，所述出货台(21)由出货台电机(26)带动运行，所述皮带运输线(17)由皮带运输线电机(27)带动运行，所述滚筒运输线(18)由滚筒运输线电机(28)带动运行，所述倍速链运输线(19)由倍速链运输线电机(29)带动运行，所述第一转角机(22)的皮带由第一转角机电机(35)带动正向或反向给第一转角机(22)上运送和运出货物，所述第一转角机(22)由第一转角机气泵(30)和与第一转角机气泵(30)相接的第一转角机气缸带动正转或回转，所述第二转角机(23)的皮带由第二转角机电机(36)带动正向或反向给第二转角机(23)上运送和运出货物，所述第二转角机(23)由第二转角机气泵(31)和与第二转角机气泵(31)相接的第二转角机气缸带动正转或回转，所述堆垛机(16)由X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动运行；其特征在于：所述存取货物路径优化控制系统包括货物运输线控制柜、堆垛机运动控制柜和监控上位机(3)，所述货物运输线控制柜内设置有用于对货物运输线进行控制的PLC模块(1-1)和与PLC模块(1-1)相接的第一Profibus总线通讯模块(1-2)，所述堆垛机运动控制柜内设置有用于对堆垛机(16)进行控制的嵌入式运动控制器(2-1)，所述嵌入式运动控制器(2-1)内集成有第二Profibus总线通讯模块(2-2)，所述PLC模块(1-1)通过第一Profibus总线通讯模块(1-2)与所述监控上位机(3)连接并通信，所述嵌入式运动控制器(2-1)通过第二Profibus总线通讯模块(2-2)与所述监控上位机(3)连接并通信，所述PLC模块(1-1)的输入端接有设置在入货台(20)上的入货台到货检测传感器(4)、设置在皮带运输线(17)上且用于对货物在皮带运输线(17)上的运行位置进行检测的多个皮带货物位置检测传感器(5)、设置在第一转角机(22)上的第一转角机到货检测传感器(6)、设置在滚筒运输线(18)上且用于对货物在滚筒运输线(18)上的运行位置进行检测的多个滚筒货物位置检测传感器(7)、设置在第二转角机(23)上的第二转角机到货检测传感器(8)、设置在倍速链运输线(19)上且用于对货物在倍速链运输线(19)上的运行位置进行检测的多个倍速链货物位置检测传感器(9)和设置在出货台(21)上的出货台到货检测传感器(10)，所述PLC模块(1-1)的输出端接有用于对皮带运输线电机(27)进行变频调速的皮带运输线变频器(1-3)、用于对滚筒运输线电机(28)进行变频调速的滚筒运输线变频器(1-4)、用于对倍速链运输线电机(29)进行变频调速的倍速链运输线变频器(1-5)、用于控制入货台电机(25)启停的入货台接触器(1-6)、用于控制第一转角机电机(35)正转的第一转角机电机正转接触器(1-7)、用于控制第一转角机电机(35)反转的第一转角机电机反转接触器(1-8)、用于控制第一转角机气泵(30)充气的第一转角机气泵充气继电器(1-9)、用于控制第一转角机气泵(30)放气的第一转角机气泵放气继电器(1-10)、用于控制第二转角机电机(36)正转的第二转角机电机正转接触器(1-11)、用于控制第二转角机电机(36)反转的第二转角机电机反转接触器(1-12)、用于控制第二转角机气泵(31)充气的第二转角机气泵充气继电器(1-13)、用于控制第二转角机气泵(31)放气的第二转角机气泵放气继电器(1-14)、用于控制出货台电机(26)启停的出货台接触器(1-15)和用于控制工位阻挡器(24)伸缩的工位阻挡器接触器(1-16)，所述皮带运输线电机(27)与所述皮带运输线变频器(1-3)相接，所述滚筒运输线电机(28)与所述滚筒运输线变频器(1-4)相接，所述倍速链运输线电机(29)与所述倍速链运输线变频器(1-5)相接，所述入货台接触器(1-6)串联在入货台电机(25)的供电回路中，所述第一转角机电机正转接触器(1-7)和第一转角机电机反转接触器(1-8)相互并联后串联在第一转角机电机(35)的供电回路中，所述第一转角机气泵充气继电器(1-9)和第一转角机气泵放气继电器(1-10)相互并联后串联在第一转角机气泵(30)的供电回路中，所述第二转角机电机正转接触器(1-11)和第二转角机电机反转接触器(1-12)相互并联后串联在第二转角机电机(36)的供电回路中，所述第二转角机气泵充气继电器(1-13)和第二转角机气泵放气继电器(1-14)相互并联后串联在第二转角机气泵(31)的供电回路中，所述出货台接触器(1-15)串联在出货台电机(26)的供电回路中，所述工位阻挡器接触器(1-16)串联在工位阻挡器(24)的供电回路中；所述嵌入式运动控制器(2-1)的输入端接有用于对堆垛机(16)的工作状态进行检测的堆垛机状态检测传感器，所述嵌入式运动控制器(2-1)的输出端接有X轴伺服电机驱动器(2-3)、Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，所述X轴伺服电机(32)与所述X轴伺服电机驱动器(2-3)相接，所述Y轴伺服电机(33)与所述Y轴伺服电机驱动器(2-4)相接，所述Z轴步进电机(34)与所述Z轴步进电机驱动器(2-5)相接；

所述监控上位机(3)为工业控制计算机；所述嵌入式运动控制器(2-1)为固高GT系列运动控制器。

2.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述PLC模块(1-1)为S7-200系列PLC模块，所述第一Profibus总线通讯模块(1-2)为EM277通讯模块。

3.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述入货台到货检测传感器(4)、皮带货物位置检测传感器(5)和出货台到货检测传感器(10)均为光电传感器，所述滚筒货物位置检测传感器(7)、倍速链货物位置检测传感器(9)、第一转角机到货检测传感器(6)和第二转角机到货检测传感器(8)均为行程传感器，所述工位阻挡器(24)的数量为多个且分别对应设置在多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)的后方。

4.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述堆垛机状态检测传感器包括设置在堆垛机轨道(15)上且用于对堆垛机(16)在堆垛机轨道(15)上的运行位置进行检测的多个堆垛机运行位置检测传感器(11)和设置在位于所述堆垛机(16)的载货台正下方的堆垛机(16)机架上且用于对堆垛机(16)的载货台的位置进行检测的堆垛机载货台位置检测传感器(12)。

5.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于：所述堆垛机运行位置检测传感器(11)和堆垛机载货台位置检测传感器(12)均为微动开关，所述堆垛机运行位置检测传感器(11)的数量为四个，且其中两个间隔设置在所述堆垛机轨道(15)的首端，另外两个间隔设置在所述堆垛机轨道(15)的尾端；所述堆垛机载货台位置检测传感器(12)的数量为两个。

6.一种利用如权利要求1所述控制系统的立体物流系统存取货物路径优化控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、物流任务信号输入：通过操作监控上位机(3)，输入拣选货位编号，并输入出库、加工、入库或移库的物流控制信号，所述监控上位机(3)将货位编号和物流控制信号写入预先存储在其中的物流系统数据库中；

步骤二、物流任务执行，具体过程如下：

步骤201、所述监控上位机(3)调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化，得到优化物流顺序；

步骤202、所述监控上位机(3)将步骤201中得到的优化物流顺序通过第二Profibus总线通讯模块(2-2)传输给嵌入式运动控制器(2-1)，并根据物流控制信号输出相应的控制信号且通过第一Profibus总线通讯模块(1-2)传输给PLC模块(1-1)，所述嵌入式运动控制器(2-1)和PLC模块(1-1)分别控制堆垛机(16)和货物运输线执行相应的物流任务，具体过程为：

当物流控制信号为出库时：

2021、所述嵌入式运动控制器(2-1)根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器(2-3)、Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，X轴伺服电机驱动器(2-3)驱动X轴伺服电机(32)动作，Y轴伺服电机驱动器(2-4)驱动Y轴伺服电机(33)动作，Z轴步进电机驱动器(2-5)驱动Z轴步进电机(34)动作，X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次从货架取出货物并放置在堆垛机(16)的载货台上；

2022、X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)运行到出货台(21)位置处，并将货物放置到出货台(21)上；

2023、所述出货台到货检测传感器(10)实时检测出货台(21)到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，当所述PLC模块(1-1)接收到所述出货台到货检测传感器(10)输出的出货台(21)到货信号后，所述PLC模块(1-1)控制出货台接触器(1-15)接通出货台电机(26)的供电回路，出货台电机(26)带动出货台(21)运行，并通过皮带运输线变频器(1-3)控制皮带运输线电机(27)带动皮带运输线(17)运行，出货台(21)将货物传递给皮带运输线(17)，多个所述皮带货物位置检测传感器(5)对货物在皮带运输线(17)上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，所述PLC模块(1-1)接收多个所述皮带货物位置检测传感器(5)输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块(1-1)判断出皮带运输线(17)有货物到达时，所述PLC模块(1-1)控制出货台接触器(1-15)断开出货台电机(26)的供电回路，出货台电机(26)停止带动出货台(21)运行；

2024、当所述PLC模块(1-1)判断出皮带运输线(17)上的货物到达皮带运输线(17)的中间位置处时，所述PLC模块(1-1)通过皮带运输线变频器(1-3)控制皮带运输线电机(27)停止带动皮带运输线(17)运行；

2025、人工将货物从皮带运输线(17)上取下，货物出库完成；

当物流控制信号为入库时：

2026、人工将货物放置在倍速链运输线(19)上，所述PLC模块(1-1)通过倍速链运输线变频器(1-5)控制滚筒运输线电机(28)带动倍速链运输线(19)运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)对货物在倍速链运输线(19)上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，所述PLC模块(1-1)接收多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)输出的信号并进行分析处理；

2027、当所述PLC模块(1-1)判断出倍速链运输线(19)有货物送出时，所述PLC模块(1-1)控制入货台接触器(1-6)接通入货台电机(25)的供电回路，入货台电机(25)带动入货台(20)运行，所述入货台到货检测传感器(4)实时检测入货台(20)到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，当所述PLC模块(1-1)接收到所述入货台到货检测传感器(4)输出的入货台(20)到货信号后，所述PLC模块(1-1)控制入货台接触器(1-6)断开入货台电机(25)的供电回路，入货台电机(25)停止带动入货台(20)运行；

2028、所述嵌入式运动控制器(2-1)输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器(2-3)、Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，X轴伺服电机驱动器(2-3)驱动X轴伺服电机(32)动作，Y轴伺服电机驱动器(2-4)驱动Y轴伺服电机(33)动作，Z轴步进电机驱动器(2-5)驱动Z轴步进电机(34)动作，X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)运行到入货台(20)位置处，并将货物从入货台(20)上放置到堆垛机(16)的载货台上；

2029、所述嵌入式运动控制器(2-1)根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器(2-3)、Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将载货台上的货物放置在货架上，货物入库完成；

当物流控制信号为移库时：

20210、所述嵌入式运动控制器(2-1)根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器(2-3)、Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，X轴伺服电机驱动器(2-3)驱动X轴伺服电机(32)动作，Y轴伺服电机驱动器(2-4)驱动Y轴伺服电机(33)动作，Z轴步进电机驱动器(2-5)驱动Z轴步进电机(34)动作，X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将货物从现存的货位上取出并存放到目标货位上，货物移库完成；

当物流控制信号为加工时：

20211、所述嵌入式运动控制器(2-1)和PLC模块(1-1)按照上述物流控制信号为出库时的过程2021～2023控制堆垛机(16)、出货台(21)和皮带运输线(17)执行出库的物流任务；

20212、当所述PLC模块(1-1)判断出皮带运输线(17)上的货物到达皮带运输线(17)的出货位置处时，所述PLC模块(1-1)通过控制第一转角机电机正转接触器(1-7)接通第一转角机电机(35)的供电回路，第一转角机电机(35)正转并带动第一转角机(22)的皮带正向给第一转角机(22)上运送货物，第一转角机到货检测传感器(6)实时检测第一转角机(22)到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，当所述PLC模块(1-1)接收到所述第一转角机到货检测传感器(6)输出的第一转角机(22)到货信号后，所述PLC模块(1-1)控制第一转角机电机正转接触器(1-7)断开第一转角机电机(35)的供电回路，第一转角机电机(35)停止正转；

20213、所述PLC模块(1-1)控制第一转角机气泵充气继电器(1-9)接通第一转角机气泵(30)的供电回路，第一转角机气泵(30)充气并使第一转角机气缸带动第一转角机(22)正转90度，第一转角机(22)旋转到位后，所述PLC模块(1-1)通过滚筒运输线变频器(1-4)控制滚筒运输线电机(28)带动滚筒运输线(18)运行，多个所述滚筒货物位置检测传感器(7)对货物在滚筒运输线(18)上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，所述PLC模块(1-1)接收多个所述滚筒货物位置检测传感器(7)输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块(1-1)判断出滚筒运输线(18)上有货物送到时，所述PLC模块(1-1)控制第一转角机气泵充气继电器(1-9)断开第一转角机气泵(30)的供电回路，并控制第一转角机气泵放气继电器(1-10)接通第一转角机气泵(30)的供电回路，第一转角机气泵(30)放气并使第一转角机气缸带动第一转角机(22)回转90度进行回位；

20214、当所述PLC模块(1-1)判断出滚筒运输线(18)上有货物送出时，所述PLC模块(1-1)通过控制第二转角机电机正转接触器(1-11)接通第二转角机电机(36)的供电回路，第二转角机电机(36)正转并带动第二转角机(23)的皮带正向给第二转角机(23)上运送货物，第二转角机到货检测传感器(8)实时检测第二转角机(23)到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，当所述PLC模块(1-1)接收到所述第二转角机到货检测传感器(8)输出的第二转角机(23)到货信号后，所述PLC模块(1-1)控制第二转角机电机正转接触器(1-11)断开第二转角机电机(36)的供电回路，第二转角机电机(36)停止正转；

20215、所述PLC模块(1-1)控制第二转角机气泵充气继电器(1-13)接通第二转角机气泵(31)的供电回路，第二转角机气泵(31)充气并使第二转角机气缸带动第二转角机(23)正转90度，第二转角机(23)旋转到位后，所述PLC模块(1-1)通过倍速链运输线变频器(1-5)控制倍速链运输线电机(29)带动倍速链运输线(19)运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)对货物在倍速链运输线(19)上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，所述PLC模块(1-1)接收多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块(1-1)判断出倍速链运输线(19)上有货物送到时，所述PLC模块(1-1)控制第二转角机气泵充气继电器(1-13)断开第二转角机气泵(31)的供电回路，并控制第二转角机气泵充气继电器(1-13)接通第二转角机气泵(31)的供电回路，第二转角机气泵(31)放气并使第二转角机气缸带动第二转角机(23)回转90度进行回位；

20216、所述PLC模块(1-1)根据多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)输出的信号，判断出货物在倍速链运输线(19)上的位置，延时一段时间，到达加工时间后，所述PLC模块(1-1)控制相应位置处的工位阻挡器接触器(1-16)接通工位阻挡器(24)的供电回路，工位阻挡器(24)从所述倍速链运输线(19)上缩回，解除阻挡，货物继续在倍速链运输线(19)上传输；

20217、当所述PLC模块(1-1)判断出倍速链运输线(19)上有货物送出时，所述PLC模块(1-1)和嵌入式运动控制器(2-1)按照上述物流控制信号为入库时的过程2027～2029控制倍速链运输线(19)、入货台(20)和堆垛机(16)执行入库的物流任务，入库完成后货物加工即完成。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤201中所述监控上位机(3)调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化之前，所述监控上位机(3)先调用故障检测模块对系统出现的空货位出库、满货位入库、载货台状态错误、数据通信错误、指令传输错误的故障进行检测，当检测到有故障出现时，所述监控上位机(3)发出故障报警信号、记录故障信息并显示。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤201中所述监控上位机(3)调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化的具体过程如下：

步骤2011、参数初始化：令时间t＝0，循环次数N_c＝0，货位点i到货位点j路径上的初始信息素τ_ij＝τ₀，蚂蚁只数m，每只蚂蚁的禁忌表均为空；设置最大迭代次数maxgen、搜索路径循环次数round、基因换位概率p_h、移位概率p_y和倒位概率p_d；

步骤2012、初始化蚁群：设置编号为0的附加货位点，附件货位点的坐标为(0,0)，将m只蚂蚁放置在附加货位点处，并将附加货位点的编号0加入到每只蚂蚁各自的禁忌表中；

步骤2013、循环搜索路径：首先，根据公式

$j=\left\{\begin{array}{cc}\arg \underset{u\∈U}{\max }\left[{\left({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{iu}}\right)}^{\mathrm{\α}}{\left({\mathrm{\η}}_{\mathrm{iu}}\right)}^{\mathrm{\β}}\right],& q\≤q_0\\ J,& q>q_0\end{array}\right.$

选择下一个坐标为(X_j,Y_j)的需要拣选的货位，记录货位号j并加入到每只蚂蚁各自的禁忌表中；其中，τ_iu为货位i到货位u路径上的信息素轨迹强度，η_iu为货位i到货位u路径的能见度且表示货位i转移到货位u的启发信息，取η_iu＝1/d_iu，d_iu为货位i与货位u之间的距离，α为信息素轨迹的相对重要性，β为启发信息的相对重要度，q为在[0,1]区间内均匀分布的随机数，q₀为蚂蚁搜索路径的设置参数且0≤q₀≤1，U为所有拣选货位的集合；J为根据路径选择概率公式选择出的货位，其中，τ_ij为货位i到货位j路径上的信息素轨迹强度，η_ij为货位i到货位j路径的能见度且表示货位i转移到货位j的启发信息，取η_ij＝1/d_ij，d_ij为货位i与货位j之间的距离；

然后，根据公式

τ_ij(t+1)＝ρ·τ_ij(t)+(1-ρ)Δτ_ij(t)

对路径上的信息素量进行局部更新；其中，ρ为局部更新信息素轨迹的持久度系数且0≤ρ≤1，Δτ_ij(t)为信息素的变化量且

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ij}}^k\left(t\right)$

其中，为经过了货位i和货位j之间路径的蚂蚁k在这条路径上留下的信息素增量且

其中，k为整数且取值范围为1～m，Q为信息素总量，L_k为蚂蚁k在本次循环中所走路径的总长度；

步骤2014、判断蚂蚁是否遍历了所有拣选货位点，当蚂蚁遍历了所有拣选货位点时，就在m个禁忌表中形成了m个货位拣选顺序，接着执行步骤2015，否则返回步骤2013；

步骤2015、将m只蚂蚁在经过循环搜索路径后的m个禁忌表看成m条染色体，并将所述m条染色体作为初始种群；

步骤2016、首先，根据m个禁忌表中记录的m个货位拣选顺序，并根据公式计算所有个体的适应度值F，其中，T_n为按照禁忌表中第n条货位拣选顺序所需要付出的时间代价，n为整数且取值范围为1～m；接着，将m条染色体按照适应度值从大到小排列；然后，将从大到小排列的m条染色体中的前30％的个体进行保存；

步骤2017、首先，对从大到小排列的m条染色体中的后70％的个体按照步骤2011中设置的基因换位概率p_h、移位概率p_y和倒位概率p_d进行换位、移位和倒位的基因重组操作，生m条新染色体；然后，将m条新染色体加入到初始种群中，形成新种群，新种群中记录了新的货位拣选顺序；

步骤2018、判断遗传进化是否达到了步骤2011中设置的最大迭代次数maxgen，是就执行步骤2019，否则返回步骤2016；

步骤2019、首先，根据新种群中记录的新的货位拣选顺序，并根据公式计算所有个体的适应度值F，其中，T_q为按照新种群中第q条货位拣选顺序所需要付出的时间代价，q的取值为小于新种群中所有个体数量的整数；接着，将适应度值最大的个体作为新的全局中的最优解；

步骤20110、首先，根据公式

τ_ij(t+1)＝γ·τ_ij(t)+(1-γ)Δτ_ij(t)

进行全局信息素更新，然后，判断是否达到了步骤2011中设置的搜索路径循环次数round，是就输出步骤2019中的最优解并清空禁忌表，否则返回步骤2013；其中，γ为全局更新信息素轨迹的持久度系数且0≤γ≤1，Δτ_ij(t)为信息素的变化量且

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ij}}^k\left(t\right)$

其中，为经过了货位i和货位j之间路径的蚂蚁k在这条路径上留下的信息素增量且

其中，k为整数且取值范围为1～m，Q为信息素总量，L_k为蚂蚁k在本次循环中所走路径的总长度。