面向人机协作搜索识别多目标任务的机器人运动规划方法技术

本发明专利技术公开了一种面向人机协作搜索识别多目标任务的机器人运动规划方法，在任务集合变化时，进行是否超过最大工作负荷的判断，而非采用一个固定的间隔时间，从而减少不必要的等待时间，提高效率；在判断是否超过最大工作负荷时，根据移动机器人自己规划的到达疑似目标观测点的时间，进行是否超工作负荷的判断，判断方式十分简单，有效；本发明专利技术在对移动机器人重新规划路径时，需要用到操作员完成目标识别的时间，然而操作员完成目标识别任务的时间是不确定的，故本发明专利技术将操作员的目标识别任务完成时间建立为随机模型，提前建立操作员的目标识别任务完成时间的概率分布函数，从而保证路径规划的合理性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多移动机器人路径规划
，尤其涉及一种面向人机协作搜索识别多目标任务的机器人运动规划方法。
技术介绍
在现代科学背景下，移动无人平台因其机动性能强、成本低、生存能力强、使用方便等优势，使移动无人平台在军事领域、民事领域都得到了广泛的应用。移动机器人在目标识别任务方面具有更加明显的优势，可以实现“非接触”式目标识别。因人在复杂地形、伪装目标识别等方面的优势，移动无人平台通过安装在自身上的信息获取装置获取目标信息，通过信息传输装置将目标信息传输给操作员来进行目标识别，这种人机协作识别目标系统可以更加准确高效完成区域内的目标识别任务。当移动机器人通过信息获取装置远距离探测到疑似目标时，移动机器人获取的关于疑似目标信息是模糊的、不准确的，移动机器人自主规划出到达目标观测点的路径。目标观测点是指靠近目标点，信息获取装置可以获取相对准确的目标信息的位置。当移动机器人到达目标观测点后，自动地将信息获取装置获取的近距离目标信息传输给操作员，操作员进行目标识别，如判断是敌方目标还是友方目标等。但操作员目标识别任务的完成时间具有不确定性，这种不确定性往往会降低完成任务的效率、延长完成任务的时间。同时，受操作员的认知能力、操作能力的限制，多机器人协作完成目标识别任务时有可能产生目标漏检的情况，这种目标漏检情况的出现是因为一个时间段内集中出现多个目标识别任务，导致操作员需要同时处理目标识别任务的信息量大于操作员的最大工作负荷。所以本专利技术提出通过改变机器人运动轨迹的方法来改变移动机器人到达目标观测点的时刻，配合全局规划和调度管理的方法，避免因操作员处理能力限制而产生目标漏检的情况，同时提高人机系统目标识别任务的可靠性与效率。文献(OrtizAE,LangbortC.SchedulingMultipleUninhabitedAerialVehiclesforTargetClassificationbySingleHumanOperator[J].JournalofAerospaceComputingInformation&Communication,2011,8(12):328-345.)提出了单操作员与多机器人协作执行目标识别任务下移动机器人速度规划的方法，用于避免因操作员同时处理信息大于操作员的最大工作负荷而出现的目标漏检情况。其设定了较大的固定时间间隔来满足操作员对移动机器人传输的信息进行目标识别，但实际上操作员根据移动机器人传输信息进行目标识别时间是不确定的，当操作员目标识别时间较短时，往往不能够获得很高的任务完成效率。此外，现实生活中操作员往往可以同一时间识别一个或者多个目标，执行目标识别任务的操作员的数量也不限定为一个。文献(OrtizA,KingstonD,LangbortC.Multi-UAVVelocityandTrajectorySchedulingStrategiesforTargetClassificationbyaSingleHumanOperator[J].JournalofIntelligent&RoboticSystems,2013,70(1-4):255-274.)提出了单操作员与多机器人协作执行目标识别任务下移动机器人运动规划的方法，用于避免因操作员同时处理信息大于操作员的最大工作负荷而出现的目标漏检情况。此文献同样设定了较大的固定时间间隔来满足操作员对机器人传输的信息进行目标识别，没有建立具有不确定因素的操作员执行目标识别任务完成时间的模型。可见，现有技术在避免因操作员同时处理信息大于操作员的最大工作负荷而出现的目标漏检情况时，只是采用了简单的设置较大固定时间间隔的方式，没有根据实际情况区分处理，效率不高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种面向人机协作搜索识别多目标任务的机器人运动规划方法，在人机协作系统受操作员最大工作负荷限制的情况下，通过多机器人运动规划方法来提高人机协作系统完成任务的效率、缩短完成任务的时间，避免因操作员处理能力限制而产生目标漏检的情况。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种面向人机协作搜索识别多目标任务的机器人运动规划方法，包括：当移动机器人远距离探测到疑似目标时，将疑似目标的识别任务加入待处理任务集合；当操作员完成目标识别任务时，将完成的识别任务从待处理任务集合中删除；当待处理任务集合发生变化时，控制中心根据移动机器人自己规划的到达疑似目标观测点的时间，判断在同一时间段内到达各自疑似目标观测点的移动机器人所采集的信息总量是否大于操作员的最大工作负荷，如果是，则认为可能发生漏检；其中，操作员的最大工作负荷是指一个或多个操作员在同一时间内最多可以处理的移动机器人所获得的信息量；若不存在目标漏检的情况，则不对移动机器人的运动轨迹干预；若可能存在目标漏检，则对移动机器人重新执行运动规划，移动机器人按照控制中心规划的新运动轨迹运动。优选地，所述判断在同一时间段内到达各自疑似目标观测点的移动机器人所采集的信息总量是否大于操作员的最大工作负荷的方式为：针对待处理任务集合中的每个任务，提取该任务中记载的移动机器人预计到达疑似目标观测点的时间Tarrive；以Tarrive为起点，以Tarrive+Tmax为终点，构建时间片，Tmax是操作员完成一项目标识别任务的最长时间；将各个任务的时间片叠加，查找是否有某个时间段的叠加量超过操作员最大工作负荷，如果是，则判定因为最后一个任务的加入导致可能发生漏检。优选地，所述对移动机器人重新执行运动规划的方式为：对最后一个加入任务集合的移动机器人重新进行运动规划；具体为：设最后一个加入任务集合的移动机器人为P，找到与移动机器人P的达到时间冲突的上一个任务Q，获得任务Q的移动机器人到达疑似目标观测点的时间Tarrive_before；设操作员处理完成任务的时间长度Thuman_before符合概率分布F(x)；构建规划路径后移动机器人P到达疑似目标观测点的时间T′arrive＝Thuman_before+Tpenalty+Tarrive_before；Tpenalty是调度完成后，移动机器人P前往目标观测点的惩罚时间，使得求解T′arrive的优化问题等价转化为求解Tpenalty；以移动机器人的最大速度、最小转弯半径、最大加速度为约束，以T′arrive条件下的期望、方差、鲁棒性、运动路径能量消耗为优化指标，求解运动路径。优选地，所述任务集合中的每项识别任务均包括执行相应任务的移动机器人规划的路径、移动机器人预计达到疑似目标观测点的时间、移动机器人与疑似目标观测点的相对空间方位信息和地形信息。优选地，所述任务集合中的每项任务进一步包括优先级信息；各项识别任务按照优先级进行排序。有益效果：(1)本方案在任务集合变化时，进行是否超过最大工作负荷的判断，而非采用一个固定的间隔时间，从而减少不必要的等待时间，提高效率。(2)在判断是否超过最大工作负荷时，根据移动机器人自己规划的到达疑似目标观测点的时间，进行是否超工作负荷的判断，判断方式十分简单，有效。(3)本专利技术在对移动机器人重新规划路径时，需要用到操作员完成目标识别的时间，然而操作员完成目标识别任务的时间是不确定的，故本专利技术将操作员的目标识别任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向人机协作搜索识别多目标任务的机器人运动规划方法，其特征在于，包括：当移动机器人远距离探测到疑似目标时，将疑似目标的识别任务加入待处理任务集合；当操作员完成目标识别任务时，将完成的识别任务从待处理任务集合中删除；当待处理任务集合发生变化时，控制中心根据移动机器人自己规划的到达疑似目标观测点的时间，判断在同一时间段内到达各自疑似目标观测点的移动机器人所采集的信息总量是否大于操作员的最大工作负荷，如果是，则认为可能发生漏检；其中，操作员的最大工作负荷是指一个或多个操作员在同一时间内最多可以处理的移动机器人所获得的信息量；若不存在目标漏检的情况，则不对移动机器人的运动轨迹干预；若可能存在目标漏检，则对移动机器人重新执行运动规划，移动机器人按照控制中心规划的新运动轨迹运动。

【技术特征摘要】
1.一种面向人机协作搜索识别多目标任务的机器人运动规划方法，其特征在于，包括：当移动机器人远距离探测到疑似目标时，将疑似目标的识别任务加入待处理任务集合；当操作员完成目标识别任务时，将完成的识别任务从待处理任务集合中删除；当待处理任务集合发生变化时，控制中心根据移动机器人自己规划的到达疑似目标观测点的时间，判断在同一时间段内到达各自疑似目标观测点的移动机器人所采集的信息总量是否大于操作员的最大工作负荷，如果是，则认为可能发生漏检；其中，操作员的最大工作负荷是指一个或多个操作员在同一时间内最多可以处理的移动机器人所获得的信息量；若不存在目标漏检的情况，则不对移动机器人的运动轨迹干预；若可能存在目标漏检，则对移动机器人重新执行运动规划，移动机器人按照控制中心规划的新运动轨迹运动。2.如权利要求1所述的运动规划方法，其特征在于，所述判断在同一时间段内到达各自疑似目标观测点的移动机器人所采集的信息总量是否大于操作员的最大工作负荷的方式为：针对待处理任务集合中的每个任务，提取该任务中记载的移动机器人预计到达疑似目标观测点的时间Tarrive；以Tarrive为起点，以Tarrive+Tmax为终点，构建时间片，Tmax是操作员完成一项目标识别任务的最长时间；将各个任务的时间片叠加，查找是否有某个时间段的叠加量超过操作员最大工作负荷，如果是，则判定因为最后一个任务的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛斌，高冠强，方浩，陈杰，丁玉隆，朱阳光，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11