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专利号: 2023102736023
申请人: 深圳大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种时序约束下基于边际成本的多机器人协同任务分配方法,其特征在于,所述时序约束下基于边际成本的多机器人协同任务分配方法包括:S1:根据各机器人的初始位置和各待访问目标点的位置,得到各机器人与各待访问目标点之间的欧式距离矩阵;

S2:获取各机器人当前任务计划表中各目标点允许最早访问的时间戳;

S3:根据各机器人与各目标点之间的欧式距离以及各目标点允许最早访问的时间戳,计算各机器人当前任务计划表中各个已分配目标点的规划访问时间;

S4:判断各机器人当前任务计划表中是否存在规划访问时间被更新的目标点,若是,进入步骤S5;否则,进入步骤S6;

S5:更新已分配目标点集合中所有目标点在原始有向无环图中的各个子目标点允许最早访问的时间戳并返回步骤S3;

S6:获取当前有向无环图中入度为零的目标点集合;

S7:根据已分配目标点的规划访问时间,标记各待分配目标点在各机器人当前任务计划表中满足时序约束的所有可行插入位置;其中,所述待分配目标点属于当前有向无环图中入度为零的目标点集合;

S8:确定各待分配目标点在其可行插入位置中最小边际成本对应的插入位置;

S9:将所有待分配目标点和其在各机器人任务计划表中最小边际成本对应的插入位置进行最小边际成本匹配,以将引起最小边际成本的待分配目标点分配给对应机器人,并将所述引起最小边际成本的待分配目标点插入至该机器人当前任务计划表中最小边际成本所对应的插入位置,以更新该机器人当前的任务计划表;

S10:将刚分配的目标点添加至已分配目标点集合中,并在当前的有向无环图中删除刚分配的目标点及与其相连的有向边,形成新的有向无环图;

S11:判断新的有向无环图中目标点的个数是否为0,若是,结束当前任务分配;否则,返回步骤S2;

所述步骤S8中,所述最小边际成本所对应的插入位置 为:其中, 表示机器人j当前的任务计划表, 表示目标点 在 中的位置,表示待分配目标点 在 的可行插入位置, 表示将待分配目标点 插入 的第个位置后的任务计划表, 表示机器人j访问 中所有已分配目标点需要的时间,表示机器人j访问 中所有已分配目标点需要的时间。

2.根据权利要求1所述的时序约束下基于边际成本的多机器人协同任务分配方法,其特征在于,所述步骤S3包括:S31:根据各目标点允许最早访问的时间戳和各机器人与各目标点之间的欧式距离,计算各目标点的规划访问时间戳;

S32:根据各任务计划表中最后一个目标点的规划访问时间戳,得到各机器人访问当前任务计划表中所有已分配目标点需要的时间。

3.根据权利要求2所述的时序约束下基于边际成本的多机器人协同任务分配方法,其特征在于,所述步骤S31中,各目标点的规划访问时间戳包括当前任务计划表 中第1个目标点的规划访问时间戳 和第 个目标点的规划访问时间戳;

所述当前任务计划表 中第1个目标点的规划访问时间戳 为:其中, 表示机器人当前任务计划表, 表示 中第一个目标点, 为目标点 允许最早访问的时间戳, 表示机器人j初始位置与目标点 之间的欧式距离, 为机器人j的运动速度,当 时,表示机器人j在目标点 未被允许访问时就已经到达了该目标点,此时机器人j需等待至 时刻才能访问目标点 ,等待时间计算为 ;若 ,则机器人到达目标点 后立即访问,不需要等待;

所述当前任务计划表 中第 个目标点的规划访问时间戳 为:其中, 表示 中第 个目标点, 为目标点 允许最早访问的时间戳, 表示目标点 与目标点 之间的欧式

距离, 为机器人j的运动速度, 为目标点 的规划访问时间戳,当时,表示机器人j在目标点 未被

允许访问时就已经到达了该目标点,此时机器人 需等待至 时刻才能访问目标点,等 待时 间 计算 为 ;若,则机器人到达目标点 后立即

访问,不需要等待。

4.根据权利要求1所述的时序约束下基于边际成本的多机器人协同任务分配方法,其特征在于,在所述步骤S5之前,所述方法还包括:基于原始有向无环图,构建n行n列的邻接矩阵A,其中,A中各元素为0或1,当第a行第b列的元素为1时表示存在从目标点a指向目标点b的有向边,否则表示不存在从目标点a指向目标点b的有向边,所述有向边表示机器人访问各目标点所要遵循的时序约束,即目标点a需要在目标点b之前被机器人访问,此时称目标点b为目标点a的子目标点。

5. 根据权利要求1所述的时序约束下基于边际成本的多机器人协同任务分配方法,其特征在于,所述步骤S5中,所述已分配目标点集合中所有目标点在原始有向无环图中的各个子目标点允许最早访问的时间 的更新规则为:若 ,则令

其中, 表示目标点 的规划访问时间, 为已分配目标点集合中的目标点,为在原始有向无环图中的子目标点,表示各个子目标点允许最早访问的时间差且 。

6.根据权利要求1所述的时序约束下基于边际成本的多机器人协同任务分配方法,其特征在于,所述步骤S7包括:在当前任务计划表中的所有已分配目标点中,找到满足 且使得最小的目标点 ,其中,目标点 属于入度为零的目标点集合, 表示目标点 允许最早访问的时间, 表示目标点 的规划访问时间;

所述目标点 所在位置 的后一位 是可以插入 的第一个位置,因此的可行插入位置 取值范围为 。

7.根据权利要求1‑6中任意一项所述的时序约束下基于边际成本的多机器人协同任务分配方法,其特征在于,所述步骤S9包括:其中, 表示引起最小边际成本的待分配目标点, 表示目标点 所分配给的机器人,表示待分配目标点, 表示当前有向无环图中入度为零的目标点集合, 表示将待分配目标点 插入 的第 个位置后的任务计划表, 表示机器人j访问 中所有已分配目标点需要的时间, 表示机器人j访问 中所有已分配目标点需要的时间,J表示机器人集合。