[发明专利]面向车间搬运问题的多机器人分布式协作任务分配方法

说明书

本发明公开了面向车间搬运问题的多机器人分布式协作任务分配方法。本发明针对车间搬运问题，公开了一种多机器人分布式任务分配方法，具体这是是一种基于分布式协商机制的任务分配方法，用于实现通讯受限情况下多机器人任务分配任务。本发明采用了拍卖算法的思想，机器人对不同任务进行拍卖、出价、协商。最终在通讯拓扑局部联通的情况下，选择合适的机器人执行任务。拍卖过程中考虑了机器人的电量有限、机器人的位置以及速度等因素。机器人之间的信息更新机制保障了任务分配不会出现冲突、并有效减少了机器人的计算压力。本发明可以有效解决通讯局部联通情况下多机器人分布式任务分配问题。

技术领域

本发明涉及机器人任务分配技术领域，具体涉及面向车间搬运问题的多机器人分布式协作任务分配方法。

背景技术

在复杂的现实动态环境中，由于环境变化、时间约束、资源分布不均等因素，多机器人系统需要在有限时间，有限资源的情况下解决资源分配，任务调度，行为协调，冲突消解等协调合作问题。智慧车间对多机器人协同作业、运输有新的需求。多机器人的研究重点在于使功能独立的机器人具有和人类似的合作意识，通过协商，合作，和协调，完成复杂的任务，解决单个机器人无法解决的问题。多机器人任务分配问题在生产调度、工业制造、军事打击等多领域都有广泛运用。

对于多机器人协同任务分配问题，解决思路主要有集中式决策、分布式决策、混合决策等方法。常用的集中式任务分配方法有传统搜索算法、整数规划方法、智能优化算法等。常用的分布式任务分配方法有基于市场机制的方法、基于空闲链的方法、阈值响应法等。

分布式任务分配中没有中心节点，也没有中心控制器，每个机器人独立地做自身决策，任务规划方案由机器人之间通讯、协作、协商来实现。分布式决策并行计算，扩展性和鲁棒性都较好，适用于较大规模的系统。

但是目前已有的分布式任务分配方案，都没有考虑到机器人间通讯受阻，机器人随时增减的情况，在这两种情况下，分布式任务分配的方案应当降低对通信带宽的依赖，提高任务分配速度，从而防止任务分配冲突。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了面向车间搬运问题的多机器人分布式协作任务分配方法，搬运机器人能够自组织地对车间搬运任务进行分配执行，搬运的对象是零件等小型物件，物件不需要多个机器人同时搬运的情况。该方法考虑了机器人之间通讯受阻、机器人剩余电量限制等问题，并且机器人随时可能增减的情况。它对通讯带宽要求低，任务分配速度快，且能有效预防和处理任务分配冲突。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

步骤1：各搬运机器人初始化搬运机器人信息和搬运任务信息。

搬运机器人信息包括：机器人编号、机器人位置、机器人速度、机器人通讯范围、剩余电量以及最大可行驶距离、机器人状态值；初始化的机器人状态值为0。

初始化各搬运任务信息，搬运任务信息包括：任务编号、搬运位置、搬运的目标位置。

步骤2：搬运机器人计算自身对所有已知的未完成搬运任务的出价值，选择出价值最高的搬运任务，担任任务协调者，即一个任务协调者对应一个搬运任务。

出价值为搬运机器人与任务之间的距离的负指数幂。

步骤3：任务协调者判断自身的剩余电量能否保证完成搬运任务。

若能，任务协调者选择执行搬运任务，修改机器人状态值为2(即为执行任务繁忙状态)，同时广播第七类消息给通讯范围内的所有搬运机器人，进入步骤8；第七类消息用于指示任务协调者独自执行对应搬运任务。

若不能，则将对应搬运任务作为待组织搬运任务，任务协调者修改机器人状态值为1，同时广播第一类消息给通讯范围内的所有搬运机器人，第一类消息包含待组织搬运任务的任务信息以及当前任务协调者的剩余电量。

步骤4：接收到第一类消息的搬运机器人，判断其机器人状态值。