[发明专利]一种果园采摘运输多机器人的任务分配和路径规划方法

说明书

本发明属于农业多机器人技术领域，具体涉及一种果园采摘运输多机器人的任务分配和路径规划方法，本方案包括的主要步骤如下：1.保障多机器人在无故障的状态下顺利采收，不断更新采收区域，并根据采收区域内正在行驶的机器人数量来划分机器人作业任务性质；2.在更新后的采收区域内有单个机器人正在行驶时，执行紧耦合任务分配，标记机器人状态为其规划到达目标点的最短路径；3.当更新后的采收区域内有2个以上的机器人正在行驶时，执行松耦合任务分配，为采摘运输多机器人建立配合顺序，标记机器人状态为其规划到达目标点的最短路径；4.根据机器人状态和机器人目标点是否清楚，为其计算准确的目标点，并建立从机器人当前位置到目标点的最短路径。

技术领域

本发明属于农业多机器人技术领域，具体涉及一种果园采摘运输多机器人的任务分配和路径规划方法。

背景技术

水果采收运输是果园种植生产中用工量最大的环节，且人力采摘时多浪费时间在果园行走中。即采用携带小型容器装满果品后，运送到地头的检验点，检验无损坏后将果品进行装箱。随着集约化种植模式的推广，适用于狭窄果园的小型采摘机器人开始进入果园替代人工采摘，而灵活性强的采摘机器人承重能力有限，仍需要往返在地头和果园之间，导致生产效率低下。

现有的多机器人任务分配多用于工厂AGV小车运输、无人机群编队、机器人足球大赛等应用环境中机器人的调度，多机器人的任务性质单一，多为松耦合或紧耦合。而果园采摘运输多机器人需要不断往返于采摘机器人和机器人仓库之间，其作业任务的性质并不固定，且同一棵树果品成熟的时间是不同的、机器人在运行过程中电量不断减少、承载重量不断增加，这些因素都会导致采摘运输多机器人的任务性质在松耦合和紧耦合之间来回转换，以及执行任务机器人的数量变换，同样地机器人的采收路径也是实时动态变化的。但果园有大量成排种植的果树，机器人可自由活动的区域较少。因此，在环境限制条件下，既能适应多机器人作业任务性质的转变，又能动态分配合理的任务量和行驶路径，是果园采摘运输多机器人任务分配和路径规划方法需要解决的问题。

发明内容

为了解决现有任务分配和路径规划方法存在的缺陷，本发明提出一种果园采摘运输多机器人的任务分配和路径规划方法，将紧耦合和松耦合相结合，根据环境变化的情况和机器人当前的状态，动态地规划采摘运输机器人的作业路径，实时地调整机器人的任务量。

本发明采用以下技术方案实现：

一种果园采摘运输多机器人的任务分配和路径规划方法，涉及集约化大规模种植的果园，分为松耦合任务分配和路径规划方法、紧耦合任务分配和路径规划方法，包括如下步骤：

S0：根据果园大小为采摘运输多机器人划分采收区域，同时获取果园可行驶路线，并记录机器人的编号和当前位置信息，并检查机器人是否故障，当发现机器存在故障问题，由采摘运输多机器人系统紧急调配新的机器人进行替换；

S1：在已更新的“1+2”采摘运输多机器人采收区域，根据采收区域内行驶机器人的数量是否大于等于2，将采摘运输多机器人的任务分配和路径规划划分为松耦合任务分配和路径规划和紧耦合任务分配和路径规划，每执行完一次任务，就判断机器人当前位置点是否为采收区域最后一个换接点，若否则更新采摘运输多机器人的采收区域，反之则任务结束。

进一步地，本实施列中的松耦合任务分配，包括如下步骤：

(1)获取“1+2”采摘或运输机器人采收区域及果园可行驶路线；

(2)根据机器人当前位置信息判断是在机器人仓库还是采收区域内，当机器人在采收区域时进入步骤(3)。反之，在机器人仓库内则继续判断机器人电量是否在阈值范围内，电量不足时给机器人充电，电量充足时继续判断机器人承载量，有载重时清空，空载时则标记机器人状态为采收，并进入步骤(4)；

(3)当机器人在已更新后采收区域内时，获取机器人编号，判断是否有突发故障的出现，当存在故障时，则返回S0；反之，则根据机器人的承载量和电量是否符合阈值要求，标记机器人状态为采收或返仓；