[发明专利]一种多医用配送机器人实时路径规划方法

权利要求书

1.一种多医用配送机器人实时路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤；

1)采用时间Petri网对医院静态环境建模，结合Petri网数学特性，提出一种整数线性规划问题来求解具有时间窗约束的多机器人多任务最短路径轨迹；

2)以机器人路径之和最小化为目标，利用步骤1)所建立的数学模型对机器人进行任务分配并规划每个机器人的路径轨迹，在避开禁行区域的基础上按时完成所有配送任务的最短路径轨迹之和；

所述的机器人执行任务环境中包括禁行区域和任务区域，禁行区域、任务区域以及对应的时间约束通过布尔逻辑表示，其中布尔逻辑符包括交∧，并∨，非

将运行环境划分为Π个区域，将任务区域Γ划分为轨迹中要求执行的任务区域集合Γ_t，Γ_t＝{Π₁，Π₂…，Π_|Π|}；以及机器人们最终要求停靠的区域集合Γ_f，Γ_f＝{π₁，π₂…，π_|Π|}，假设初始时间为τ₀，[E_i，L_i]表示有时间约束的任务区域∏_i的时间范围；

路径规划问题的整数线性规划模型表示为：

min w*σ_j，i

其中σ＝(σ_j1，σ_j2，…，σ_jk)表示机器人j在Petri模型中的发射序列，对应表示着机器人j的运动轨迹，W表示两个相邻联通区域的距离，上述模型的目标函数是所有机器人的路径之和最短；约束(a-b)保证机器人发射序列的正确性，M_j，i表示第j个机器人在第i步的位置标识，C表示PN模型的关联矩阵；约束(c)表示每个机器人运行过程中的时刻记录，τ_j，i表示第j个机器人在第i步时的时间；约束(d)保证了x_γ的正确性；向量表示一系列二进制变量，当区域Π_i是兴趣区域时否则当区域π_i是兴趣区域时否则其中，α_i：Γ→{-1，0，1}具有如下含义：

当γ没有在中，约束(d)对其没有影响；当γ在中，α_i(γ)的值保证了x_γ的正确性，约束(e-f)进一步加强了二进制变量在最终要求访问的区域的正确性，其中k是机器人的数量，是兴趣区域Π_i的特征向量Π_i∈Π，当Π_i是最终要求访问的区域，否则对于最终标识M，若V_γ*M＞0，则γ在最终标识M是活的，约束(g-h)保证了机器人能够在轨迹中访问任务区域，Z是一个二进制变量，H是一个极大的数值，从而约束(g-h)保证至少有一个机器人到任务区域执行任务，约束(j-k)保证一个任务区域至少有一个机器人在规定的时间范围执行任务，θ为加权时间。

2.根据权利要求1所述的一种多医用配送机器人实时路径规划方法，其特征在于，所述的步骤1)针对不同医院不同的环境布局，利用时间Petri网对医院环境进行建模，具体建模规则为：

1)将医院以科室病房为单位划分为若干区域Π＝{Π₁，Π₂，…，Π_|Π|}，每个区域对应一个库所P＝{p₁，p₂…p_n}，库所中的托肯表示当前区域中机器人所处位置；相邻两联通库所之间用变迁连接，机器人通过激发对应的变迁t实现移动过程；

2)Petri网的初始标识M₀表示机器人的初始位置分布，M_h表示结束所有任务后的机器人位置分布；机器人们从初始位置通过发射一系列变迁{t_i1，t_i2，…t_ih}到达最终位置所发射的变迁序列用符号σ表示；

3)分别获取相邻两库所之间的变迁距离w和加权时间θ信息；w和θ的值根据不同医院以及不同时段的道路实时通行情况确定。