[发明专利]基于K-均值聚类平衡多机器人系统的任务分配方法

权利要求书

1.基于K-均值聚类平衡多机器人系统的任务分配方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：

S1：指定目标任务的数量及位置分布，机器人的数量及位置分布；

S2：以目标任务和机器人为顶点，计算除机器人之间外的每条边的成本矩阵；

S3：采用K-均值聚类方法将所有目标任务分解成若干个任务聚类；

S4：根据分解获得的任务聚类，确定任务聚类与机器人的可能的组合数，并得到需要的任务聚类组合；

S5：根据需要的任务聚类组合，计算每个机器人的遍历成本和闲置成本；

S6：计算所有机器人的总成本；

S7：选择总成本最小的聚类组合为最优的组合。

2.根据权利要求1所述的基于K-均值聚类平衡多机器人系统的任务分配方法，其特征在于：所述步骤S2包含如下步骤：

S21：将所有目标任务的位置两两连接，并且将所有目标任务的位置与每个机器人两两连接，即除机器人之间外，分别以目标任务的位置和机器人为顶点进行两两连接；

S22：计算每条边的成本矩阵C_ij，计算公式为：

C_ij＝(d_ij*c_ij)

其中，d_ij为连接顶点i和顶点j的边的距离，c_ij为单位距离的成本。

3.根据权利要求2所述的基于K-均值聚类平衡多机器人系统的任务分配方法，其特征在于：所述步骤S3具体为采用K-均值聚类方法将所有的目标任务分解成若干个任务聚类，满足：

其中，SD_n表示第n个聚类从其中心到其任务聚类的遍历距离和，N为总的目标任务的数量，c_n为第n个聚类的中心点，s^j为任务子集，满足：

其中，x_j，y_j分别表示目标任务j的坐标，b表示任务子集s^j的任务个数。

4.根据权利要求3所述的基于K-均值聚类平衡多机器人系统的任务分配方法，其特征在于：步骤S5中所述闲置成本为：

其中，m为机器人总数，r_i为第i个机器人，为第i个机器人在其竞争到的聚类中完成所有任务过程中的闲置成本，IC为完成所有目标任务的总的闲置成本，上式保证所有机器人的任务均衡，即闲置成本相近。

5.根据权利要求4所述的基于K-均值聚类平衡多机器人系统的任务分配方法，其特征在于：步骤S6中所有机器人的总成本为：

总成本(TC)＝遍历成本(∑C_i,j)+闲置成本(IC)

6.根据权利要求5所述的基于K-均值聚类平衡多机器人系统的任务分配方法，其特征在于：步骤S7选择总成本最小的聚类组合为最优的组合，满足：

其中，V_R表示机器人顶点的集合；V_T表示目标任务顶点的集合；x_i,j表示i∈V_T∪V_R和j∈V_T的(0/1)变量，如果x_i,j＝1，则位置j必须在位置i遍历后直接遍历，满足：

其中，U表示所有的顶点集合的数目，即U＝V_R的数目+V_T的数目。