[发明专利]一种多机器人协作柔索驱动拣矸装备动态任务分配方法

说明书

本发明公开了一种多机器人协作柔索驱动拣矸装备动态任务分配方法，包括如下步骤：采用任务状态特征函数来描述各拣矸机器人当前任务状态；采用模糊控制理论中的三角形隶属度函数来描述目标矸石尺寸隶属度，根据上述目标矸石的尺寸隶属度函数以及各拣矸机器人当前的任务状态特征函数加权求和，定义各拣矸机器人的任务执行度，为闭区间[0，1]上的一个数，用字母Σ表示，机器人的任务执行度Σ＝ω₁μ(d)+ω₂φ(t)；通过比较柔索驱动拣矸装备中三台机器人的任务执行度，最终输出执行当前目标矸石分拣任务的机器人编号，并由该拣矸机器人子控制器根据当前矸石位姿信息，通过机器人运动学逆解分析，完成目标矸石的分级分拣工作。

技术领域

本发明涉及拣矸技术领域，具体涉及一种多机器人协作柔索驱动拣矸装备动态任务分配方法。

背景技术

目前，对于煤矸石分拣的相关工作主要集中于煤矸石与煤块的识别问题，而对于识别之后的矸石分拣工作一般多是通过人工完成，关于矸石分拣执行机构的设计以及应用等方面鲜见报道。因此，有必要研发一种更加高效、灵巧且能承受重载的机构来进行井下煤与矸石的分拣工作，这也是实现煤矿生产自动化进程的重要组成部分。

鉴于此，本专利旨在填补拣取矸石执行机构设计以及分析方面的不足与空缺，提出一种具有大承载能力、强柔性容错性以及机动灵活性的多机器人协作柔索驱动拣矸装备，可以为目前煤矿生成过程中所面临的煤与矸石的分离问题提供一个较为完美的解决方案。该多机协作拣矸装备以上位机通过无线通讯控制主控制器完成复杂动态环境下的多机器人任务分配，将拣矸任务分配到指定拣矸机器人的子控制器，进而通过该拣矸机器人运动学逆解以及平稳运动轨迹完成末端抓斗的精确定位，实现目标矸石的分级分拣工作。

采用三台柔索驱动并联机器人来完成矸石分拣工作，主要有如下两个原因：一方面，通过对煤矿行业人工拣矸的实地考察发现，通常在一条皮带运输机旁边，同时有至少四个人在共同完成矸石分拣的任务(皮带运输机两边各两个人)。这说明，皮带运输机上的矸石含量比较高，仅仅依靠单个机器人难以完成矸石分拣的任务。另一方面，在矸石分拣的过程中，位于皮带运输机较小区域内可能存在不止一块矸石，单个机器人难以出色地完成矸石分拣的任务。同时，多机器人系统相对于单机器人系统有诸多优点，如多机器人系统适应环境能力强，环境发生变化时能自我调节；多机器人系统具有更好的数据冗余以及鲁棒性；其空间分布广，同时具有较好的时间分布性。通过多机器人之间的协同合作，多机器人系统可以可靠地完成单机器人无法完成的复杂任务。鉴于此，本专利拟采用三台柔索驱动拣矸机器人共同协作，完成一条皮带运输机上的矸石分拣工作。所提出的多机器人协作柔索驱动拣矸装备控制系统总体结构如图1-图2所示，通过主控制计算机，利用无线通信技术，远程调度、操控三台智能体柔索驱动机器人，综合协调管理，统一分派多个智能拣矸机器人同时进行矸石分拣，协同工作，同时主计算机可以远程实时监控各智能体拣矸机器人的当前任务状态，为多机器人协作拣矸的任务分配提供基础。

本发明所提出的多机器人协同柔索驱动拣矸装备采用三台具有不同承载能力的拣矸机器人完成矸石分拣的任务，其原因有如下两个方面。(1)经过申请者对煤矿生产过程的实际考察，发现矸石的尺寸分布比较广泛，从80mm-300mm不等。因此，采用单一型号的抓斗难以出色地完成矸石分拣的任务；(2)在实际拣矸过程中，矸石分布较为密集的现象会大量出现。因此，仅一台拣矸机器人难以完备地完成矸石分拣的工作。鉴于此，受到多人协作拣矸策略的启发，需要多台拣矸机器人工作协作，完成矸石分拣的任务。综合考虑拣矸现场环境、成本以及拣矸工艺，并从矸石从维度尺寸进行划分，采用三台具有不同承载能力的柔索驱动拣矸机器人分类拣矸，以期更加出色地完成矸石分拣的工作。由于多机器人协同柔索驱动拣矸装备系统包含三台不同承载能力的拣矸机器人，因此，各个机器人之间的任务分配与自主协作便成为需要首先解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种多机器人协作柔索驱动拣矸装备的动态任务分配方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：