一种机器人集群能量补给智能调度方法技术

本发明专利技术涉及一种机器人集群能量补给智能调度方法，与现有技术相比解决了能量补给时未兼顾机器人集群作业考虑的缺陷。本发明专利技术包括以下步骤：机器人集群行为状态数据库及过程算子集合的构建；机器人集群状态及能量补给规划方案的监测；上层时延LPN的自动构建；双层协同逻辑Petri网的构建；机器人集群能量补给移动与补位调度协同处理。本发明专利技术基于双层协同逻辑Petri网利用分层协同思想，结合知识图谱技术，利用知识库对能量补给作业元行为数据和状态数据进行全面专业的知识表示与存储，有效降低了传统Petri网在解决调度问题过程中模型构建的复杂度。的复杂度。的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人集群能量补给智能调度方法


[0001]本专利技术涉及机器人集群控制
，具体来说是一种机器人集群能量补给智能调度方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着人工智能技术的迅猛发展，机器人及其集群相关技术的研究也取得了显著成果，但对于移动机器人尤其是移动机器人集群系统而言，其能量的存储与补充仍然是制约当前机器人及其集群技术发展的一个重要因素，《Science Robotics》更是将能量和能源问题列为了机器人
未解决的十大挑战之一。
[0003]机器人集群能量不足主要表现为机器人集群个体能量随着时间和任务作业的持续进行而处于下降状态，某时刻集群个体能量数值小于一定阈值，不能满足完成当前执行任务所需的能量数值，或者由于对能量消耗估算不足导致无法满足后续任务的能量需求。该事件可能导致无法正常完成原规划的集群使命任务，严重时可能威胁集群个体自身安全。
[0004]虽然多年来随着可再生能源等新兴技术的出现有效推动了电池技术的长足进步，但是，在电池发展使得机器人一次性所获取的能量得到极大提升的同时，更要构建有效的机器人集群本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人集群能量补给智能调度方法，其特征在于，包括以下步骤：11）机器人集群行为状态数据库及过程算子集合的构建：收集整理机器人集群能量补给作业元行为数据和状态数据，构建基础知识库与过程算子集合；12）机器人集群状态及能量补给规划方案的监测：监测机器人集群状态信息、监听能量补给规划方案；13）上层时延LPN的自动构建：基于能量补给规划方案和基础知识库与过程算子集合，自动构建上层基于时延LPN的机器人集群能量补给智能调度方法；14）双层协同逻辑Petri网的构建：构建下层基于DPN的队形补位调度方法，基于上层时延LPN中变迁逻辑条件表达式激活下层DPN，建立双层协同逻辑Petri网；15）机器人集群能量补给移动与补位调度协同处理：基于双层协同逻辑Petri网进行机器人集群能量补给智能调度，实现上层时延LPN与下层DPN协同作业，能量补给移动与补位调度并行执行。2.根据权利要求1所述的一种机器人集群能量补给智能调度方法，其特征在于，所述机器人集群行为状态数据库及过程算子集合的构建包括以下步骤：21）构建基础知识库：设计能量补给作业元行为的表示粒度与表示方法，形成机器人集群能量补给作业元行为数据，根据机器人集群作业的个体种类与个体作业特性，收集整理全部机器人集群能量补给作业元行为数据和其相关联的状态数据，设计基于“n库所
‑
变迁
‑
m库所”扩展三元组的知识表示形式，其中，n库所表示与其变迁相关联的n个输入库所，m库所表示与其变迁相关联的m个输出库所，然后分别将机器人集群能量补给作业元行为数据和其相关联的状态数据分别表示为变迁知识和库所知识，并对变迁知识和库所知识进行对应的知识关联，统一将能量补给作业数据以知识的形式进行存储，从而构建出基础知识库与知识图谱；22）构建过程算子集合：通过基本过程算子组合的方式建立相对应的知识组合模式，设定基本过程算子包括顺序算子
‑
、循环算子@、与算子&&、或算子||、同步并行算子[]、同步并发算子=、同步阻塞通信算子$、同步非阻塞通信算子&，以及由上述基本过程算子构建的频繁有限组合算子，形成过程算子集合。3.根据权利要求1所述的一种机器人集群能量补给智能调度方法，其特征在于，所述机器人集群状态及能量补给规划方案的监测包括以下步骤：31）监测机器人集群状态信息：机器人集群能量补给规划系统对机器人集群在作业区域的作业状态进行监测，其包括对机器人集群编队队形状态、机器人集群内各机器人的能耗信息进行实时监控与数据获取，对机器人集群作业任务能耗、机器人属性的实时状态信息进行监测记录；32）监听能量补给规划方案：根据机器人集群能量补给规划系统对机器人集群作业状态各类监测数据的实时反馈，基于时空序列预测方法利用反馈数据进行能耗数据预测计算，然后利用任务规划与最优化方法提供能量补给规划方案，输出机器人集群中各机器人出发进行能量补给的时刻及进行能量补给的位置，而后通过监听能量补给规划方案对能量补给规划方案数据进行实时获取与解析；在获取能量补给规划方案的基础上，将各机器人进行能量补给的任务序列作为上
层时延LPN的输入，触发机器人集群能量补给智能调度。4.根据权利要求1所述的一种机器人集群能量补给智能调度方法，其特征在于，所述上层时延LPN的自动构建包括以下步骤：41）设上层时延LPN表示如下：LPN={P, T, A, M, f
I
(t
i
), f
o
(t
i
), d(t
i
), t(p
i
), w(token
i
), dt(t
i
)}，其中，P是有限库所集，T是基于能量补给规划方案所抽取的有限变迁集，设定T由普通变迁集T
C
、逻辑输入变迁集T
I
、逻辑输出变迁集T
O
和决策变迁集T
D
组成；设定决策变迁只允许在指定时刻下引发变迁，在其它时间不发生变迁，所有决策变迁都为瞬时发生，将其作为决策变迁触发原则，T=T
C
∪T
I
∪T
O
∪T
D
，A为库所与变迁之间的连接弧，A = (P
×
T)∪(T
×
P)，令牌标识M用向量形式表示，M中每个元素值为对应库所具有的令牌数；f
I
(t
i
)为针对逻辑输入变迁t
i
的逻辑输入条件表达式，对于
∀
t
i ∊
T
I
，t
i
表示一个逻辑输入变迁，其变迁的引发受t
i
所有输入库所集上的逻辑输入条件表达式f
I
(t
i
)的限制；f
o
(t
i
)为针对逻辑输出变迁t
i
的逻辑输出条件表达式，对于
∀
t
i ∊
T
O
，t
i
表示一个逻辑输出变迁，其变迁t
i
引发后的结果受t
i
所有输出库所集上的逻辑输出条件表达式f
o
(t
i
)的限制；d(t
i
)为变迁t
i
执行的时延估计，设变迁t
i
代表某一机器人前去进行能量补给作业，则其能量补给作业预计移动用时通过当前待补给的机器人到能量补给位置的距离计算所得，然后与补给机器人到能量补给位置的移动时间比较，取其最大值，然后加上能量补给准备时间pre(R
i
)和计划能量补给时间charge(R
i
)，其表达式如下：其中，和分别表示当前待补给的机器人到能量补给位置的距离和补给机器人到能量补给位置的距离，和分别表示当前待补给的机器人和补给机器人的移动速度；w(token
i
)为在未到达决策变迁发生的时刻之前，令牌在决策变迁输入库所停留的时间；t(p
i
)为令牌到达某个库所p
i
的时刻，其计算公式如下：当令牌传递过程中不含决策变迁：当令牌传递过程中含有k个决策变迁：dt(t
i
)为决策变迁t
i
引发的时刻，当其满足如下条件时：
决策变迁t
i
即触发；42）通过监听获取能量补给规划方案，触发机器人集群能量补给智能调度，将各机器人进行能量补给的时刻序列作为上层时延LPN的输入，利用所构建的基础知识库与过程算子集合，自动构建上层时延LPN并完成初始化：421）对上层时延LPN中的核心元素：变迁，进行变迁映射：将解析能量补给规划方案所获取到的作业序列中的每一个作业单元作为变迁，直接通过单向映射的方式生成当前的变迁集合，并对应附加每个变迁的逻辑条件表达式；422）对上层时延LPN中的核心元素：库所和弧，分别进行库所关联和有向弧映射关联：库所描述机器人集群能量补给智能调度任务的状态，通过“n输入库所
‑
变迁
‑
m输出库所”的扩展三元组关系进行关联映射生成库所集合，其中，n库所表示与其变迁相关联的n个输入库所，m库所表示与其变迁相关联的m个输出库所，通过有向弧建立能量补给状态与能量补给作业序列之间的联系；423）采用向量替换系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓明，高士杰，姚昌瑀，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：