一种基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法及设备组成比例

本发明专利技术公开一种基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法及设备，涉及多机器人协同控制领域。所述基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法，在构建得到多机器人动态任务分配优化问题后，采用合同网算法求解多机器人动态任务分配优化问题，以快速、精确的完成多机器人的动态任务分配，进而解决现有技术存在的多机器人系统在动态环境下系统通信量剧增、任务完成率下降以及任务完成时间变长等问题。务完成率下降以及任务完成时间变长等问题。务完成率下降以及任务完成时间变长等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法及设备


[0001]本专利技术涉及多机器人协同控领域，特别是涉及一种基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法及设备。

技术介绍

[0002]随着自动化技术的不断发展，多机器人协同控制在军事、工业生产等各个领域中得到了广泛的关注。相对单个机器人，多机器人系统通过相互通信和相互协调，可以更加高效的完成任务，具备更强的任务执行能力以及稳定性。作为多机器人系统中的一项关键技术，合理的任务规划是高效完成任务的前提和保障。任务规划是指在复杂约束条件下合理将多个任务分配给多个机器人去执行，以达到完成任务时间最短、总消耗能量最少以及任务完成率最优等目的。
[0003]根据应用场景的不同，多机器人任务分配的研究可以分为静态任务分配和动态任务分配。相对于静态任务分配，动态任务分配考虑到了实际中可能出现的各种突发情况例如出现新的任务、机器人能量不足等，其研究的内容更加切合实际应用，也因此得到了更多的关注。目前，解决多机器人系统动态任务分配问题的方法主要包括了基于合同网的拍卖方法以及基于优化的方法。基于优化的方法可以对动态任务分配问题进行启发式建模并以任务完成率最高、时间最短、代价最少等性能指标为目标函数求解问题的最优解或次最优解，但基于优化的方法往往需要消耗大量的计算资源(特别是在类似于多旅行商的NP
‑
hard问题上)，并且求解的结果往往难以适用于实际问题中。基于合同网的拍卖方法是一种分布式算法，其优点在于算法易于实现，可以将计算负荷分布到各机器人，具备较高的计算效率，但是基于合同网的拍卖方法需要拍卖者不断的与各机器人进行通信以发布任务并接收标值，进而导致了通信量剧增。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法及设备。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法，包括：
[0007]构建多机器人动态任务分配优化问题；
[0008]采用合同网算法求解所述多机器人动态任务分配优化问题，以完成多机器人的动态任务分配。
[0009]优选地，所述构建多机器人动态任务分配优化问题，具体包括：
[0010]基于机器人的平均移动速度、机器人执行任务实际花费的时间以及机器人所执行的相邻两个任务之间的距离确定机器人执行任务付出的时间代价；
[0011]基于机器人完成任务预计消耗的能量、机器人移动单位长度需消耗的能量和机器人所执行的相邻两个任务之间的距离确定机器人完成任务付出的能量代价；
[0012]根据所述时间代价和所述能量代价确定机器人执行任务付出的综合代价；
[0013]构建约束条件，并基于所述机器人执行任务所获得的奖励和所述综合代价构建所述多机器人动态任务分配优化问题。
[0014]优选地，所述多机器人动态任务分配优化问题为：
[0015][0016][0017][0018][0019]式中，为机器人i的任务数量，N
U
为机器人数量，Reward
ij
为机器人i执行任务j所获得的奖励，R
i
为机器人i返回恢复区所需要的能量，x
ik
为决策变量，Nmax
i
为机器人i执行的最大任务数量，为机器人i任务列表中的任务j，为机器人执行任务付出的综合代价，为机器人i完成任务j需要付出的能量代价，energy
i
为机器人当前的能量状态，N
T
为当前目标任务的数量，s.t.为约束条件。
[0020]优选地，所述采用合同网算法求解所述多机器人动态任务分配优化问题，以完成多机器人的动态任务分配，具体包括：
[0021]基于所述多机器人动态任务分配优化问题，以距离任务目标最近的机器人作为招标者，所述招标者根据自己的能量状态决定是否进行投标，若所述招标者投标，则确定自身的标值函数得到标值，并将任务信息以及标值发送到其他机器人；其他机器人在接受到任务信息后，生成标值函数得到标值，若其他机器人的标值低于所述招标者的标值，则其他机器人不进行投标；若所述招标者不投标，则不作处理；
[0022]在执行任务的某一时刻若任务出现流拍情况，则任务进入流拍序列，等待下一个单位时间进行拍卖；当某一时刻机器人在执行任务过程中发现自身能量不足以支撑其完成任务时，任务也进入流拍序列，等待下一单位时间进行拍卖；每一机器人根据自身的任务列表中任务的综合优先级来执行任务；
[0023]在每一机器人执行任务过程中，采用A*算法确定机器人执行任务的最优路径，以生成所述多机器人动态任务分配结果。
[0024]优选地，每一机器人的任务列表中任务的综合优先级由下述公式确定：
[0025][0026]式中，为每一机器人的任务列表中任务的综合优先级，Wtime
k
为机器人执行任务的等待时间、importance
k
为机器人执行任务的重要性，为机器人与任务之间的距离函数，U
i
为第i个机器人，)为机器人i任务列表中的任务k。
[0027]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0028]本专利技术提供的基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法，在构建得到多机器
人动态任务分配优化问题后，采用合同网算法求解多机器人动态任务分配优化问题，以快速、精确的完成多机器人的动态任务分配，进而解决现有技术存在的多机器人系统在动态环境下系统通信量剧增、任务完成率下降以及任务完成时间变长等问题。
[0029]本专利技术还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
[0030]存储器，用于存储计算机逻辑控制指令；所述计算机逻辑控制指令用于实施上述提供的基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法；
[0031]处理器，与所述存储器连接，用于调取并执行所述计算机逻辑控制指令。
[0032]优选地，所述处理器包括：
[0033]优化问题构建模块，用于构建多机器人动态任务分配优化问题；
[0034]优化问题求解模块，用于采用合同网算法求解所述多机器人动态任务分配优化问题，以完成多机器人的动态任务分配。
[0035]优选地，所述存储器为计算机可读存储介质。
[0036]因本专利技术提供的电子设备实现的技术效果与上述提供的基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法的技术效果相同，故在此不在进行赘述。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本专利技术提供的基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法的流程图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法，其特征在于，包括：构建多机器人动态任务分配优化问题；采用合同网算法求解所述多机器人动态任务分配优化问题，以完成多机器人的动态任务分配。2.根据权利要求1所述的基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法，其特征在于，所述构建多机器人动态任务分配优化问题，具体包括：基于机器人的平均移动速度、机器人执行任务实际花费的时间以及机器人所执行的相邻两个任务之间的距离确定机器人执行任务付出的时间代价；基于机器人完成任务预计消耗的能量、机器人移动单位长度需消耗的能量和机器人所执行的相邻两个任务之间的距离确定机器人完成任务付出的能量代价；根据所述时间代价和所述能量代价确定机器人执行任务付出的综合代价；构建约束条件，并基于所述机器人执行任务所获得的奖励和所述综合代价构建所述多机器人动态任务分配优化问题。3.根据权利要求2所述的基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法，其特征在于，所述多机器人动态任务分配优化问题为：所述多机器人动态任务分配优化问题为：所述多机器人动态任务分配优化问题为：所述多机器人动态任务分配优化问题为：式中，为机器人i的任务数量，N
U
为机器人数量，Reward
ij
为机器人i执行任务j所获得的奖励，R
i
为机器人i返回恢复区所需要的能量，x
ik
为决策变量，Nmax
i
为机器人i执行的最大任务数量，为机器人i任务列表中的任务j，为机器人执行任务付出的综合代价，为机器人i完成任务j需要付出的能量代价，energy
i
为机器人当前的能量状态，N
T
为当前目标任务的数量，s.t.为约束条件。4.根据权利要求1所述的基于合同网算法的多机器人动态任务分配方法，其特征在于，所述采用合同网算法求解所述多机器人动态任务分配优化问题，以完成多机器人的动态任务分配，具体包括：基于所述多机器人动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建磊，张春燕，严泽昊，方秋杨，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：