本发明专利技术属于多机器人协作系统领域，涉及一种基于机器人自身声望和依赖于细粒度时间模型的多机器人任务分配机制。将机器人的声望分为三类：机器人的直接声望、个体声望和联盟声望。并按照声望机制和策略将任务分配给声望相对较高的机器人，从而大大提高任务执行的成功率，并降低系统任务恢复和重新分配的时间。此外利用周期性的时间约束机制，确保了在一定时间内的任务恢复和撤销。同时，为了进一步提高机器人的合作效率，还继承了各种机制，包括任务委托机制、周期时间约束机制、声望矩阵机制，以及细粒度时间特性。该发明专利技术可以用于多机器人任务分配系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多机器人协作系统领域，涉及一种基于机器人自身声望和依赖于细粒度时间模型的多机器人任务分配机制。
技术介绍
任务规划问题包括任务分解和任务分配两个方面，而任务分解又可以分为可分解任务和不可分解任务两种类型。目前，多机器人系统的任务规划问题的研究主要集中在任务分配问题，而对任务分解问题的研究工作则相对较少。多机器人任务分配问题早期的很多研究都是基于合同网协议的，通过一个中央节点对其它智能体能力信息的了解来实现任 务的分配。后来的基于市场经济任务分配方法来源于早期的合同网方法，已经被用于协调多机器人系统完成环境探索、机器人足球、救援等很多应用问题.随后有人改进了联合拍卖方法，提出一种联合竞价的任务分配方法。对于异构多机器人系统，有人则提出了一种ASyMTRe任务解决方法各个机器人之间通过传感器、执行器和行为的组合来完成搬运和推箱子等任务.McLurkin总结了 4种机器人任务分配的分布式算法随机分配，根据任务的权重随机算法将任务分配给机器人；顺序分配，按照一定的顺序给机器人分配任务；同时分配，同时产生网络中所有机器人的任务列表；基于树的分配算法介于顺序分配和同时分配之间。这些算法很好地解决了任务分配的问题，但是在任务撤销、销毁方面还有所欠缺，比如某个机器人失效了，如何才能及时收回分配的任务？
技术实现思路
任务分配一般分为直接分配和委托分配两种类别，直接分配是指直接将任务分配给合作的机器人，但是当机器人不能完成所分配的任务时，可以将任务委托给其他有能力的机器人，即为委托分配。为了能够有效的控制和管理任务，加入了周期性约束机制，当任务在规定的时间没有完成的话，这个任务分配会被撤销，从而提高系统的整体性能。同时本文提出的任务分配方法加入了声望系统，任务的分配是根据机器人的声望来完成的，主要包括三个模块周期时间机制，系统协作框架和基于声望的协作策略。I周期时间机制将周期时间包括两个部分有效时间段和周期表达式，其中有效时间段表示周期时间的范围。定义I周期时间是一个2元组(，P),其中P是一个周期表达式1) = (), · '>^ ，其中cd是日历，O1=Oall, Oall表示从起始点到O1的总时间段，Oi e 2 U {0all}，是一个时间段，表示作用于P时间点的上、下界。定义2 (函数&。1())令七为一个时间点七=(，卩)，其中[七begin，^end^一个时间段，P为一个周期表达式。则t G Fscjl(Pt)，当且仅当存在t GTT (P)，且t G 0在周期表达式中前的部分表示该表达式表示的时间段的起点集 =1 1>合，而后面部分表示每个时间段的长度。2协作系统框架 定义3 (机器人主体)机器人R或者M是由一个四元组〈K，T，e，Res>组成，其中K表不有限的本体集；τ表不有限的属性集合；ε表不一个可以合法颁发证书的有限集；Res表示的是资源的有限集，指可用的文件资源或者是计算能力。定义4 (委托协作模型框架)F_p表示为6元组(S，x，0，g，l，k_)，其中，s e R是任务的接受者，X e P是被授予的执行任务的权限，O e O是被访问的机器人的目标任务集合，ge R是任务的授予者，I e {1,0}表示接受者s能(I)/否(O)对所获得的任务再进行传播与分配，k_e {1,0}表示任务授予者g是否为任务ο的所有者。由任务分配组成的集合称为分配集，记为SDS。函数Fm(F_p)和Fsm(F_p)分别返回(χ，ο)元组和(s，x，o)元组。定义5 (周期时间协作)带周期时间的协作Ft_p表示为(，p，F_p)，其中tb表示一个日期，te可以为常量C 或大于、等于tb的日期表达式，P是周期表达式，F_p e Sdso由带时间周期的协作组成的集合记为sTDS。定义6 (接受任务集)任务接受者为一个3元组(s，X, O)，表示接受机器人s能以委托X执行任务O，其中S e R，X e P，O e T。接受任务集就是一个由接受任务组成的集合，表示为Satso令Stas e Stds, Sat e Sats,函数Fmapat (Stas, Sj返回Stas集合中机器人执行Sat的带周期时间限制的任务集合。定义7 (带有效期限的推导规则)带有效期限的推导规则Rdrt表示为(,其中tb表示为一个日期，te可以为常量或大于、等于tb的日期表达式，P为周期时间表达式，Fcoopl e Sds, Fcoop2 e Sds, <op>是用于表达协作F_pl和F_p2之间的时序依赖模式，共有WHENEVER、ASLONGAS、WHENEVERNOT、UNLESS四种。其中，rb、re都是日期表达式彡rb)由带有效期限的推导规则组成的集合表示为SDKTS。函数FmapSxo (Rdrt)机器人任务接受者匕^ +函数？—。。“!^)任务委托F_pl，函数Fsnd_p2(Rdrt)任务委托R_p2，函数Fvalidinteval (Rdrt)返回有效期限，即[rb，rj。函数Ft_ (Rdrt)周期时间约束([tb, tj, p)。3基于声望的协作策略定义8 (机器人的协商策略)一个协商策略是一个5兀组<Q, M, initE, startM, reply〉,满足Q是协商过程状态的有限集^是协商过程消息的有限集；函数initK :I Xk — Q定义请求者的起始状态；函数startM I XResXk — QXM定义一个被请求者如何开始一个协商；函数reply :QXM — QXM定义协商者的每个行动。定义9 (声望系统的框架)设定机器人R1属于联盟D1, R2属于联盟D2, c表不环境，t表示协作的时间，I是指具体的联盟，则从R1到R2之间协作关系可以表示为Γ (R1, R2, t, C，I)。Γ (R1, R2, t, I, c) = α X Θ (R1, R2, t, I, c) + β X Ω (R2, t, I, c) + θ X Ψ (D1, D2, t, c)Θ (R1, R2, t, I, c)表不机器人R1和R2之间的直接声望关系；α、β、Θ分别表不直接声望、个体声望、联盟声望的权重因素;Ω (R2, t, I, c)是指R2的个体声望;Ψ (D1, D2, t, c)表示从联盟D1到联盟D2之间的声值，O彡θ，β，α彡1，α+β + θ=1。定义10 (机器人的直接声望)设定机器人R1属于联盟D1, R2属于联盟D2, c表示环境，t表示协作的时间，I是指具体的联盟，则从R1到R2之间的直接声望可以表示为Θ (R1, R2, t, I, c) =DRM(R1, R2, t, c) X Y (t_ta_b, c) X τ (la, lb, c)DRM表示直接声望矩阵；ta_b表示R1和R2之间上次协作的时间；Y (t_ta_b，c)表示时间校准函数；τ (la, lb, c)表示联盟校准功能函数。定义11 (机器人个体声望)设定机器人R1属于联盟D1, R2属于联盟D2, c表示环境，t表示协作的时间，I是指具体的联盟，则R2在协作系统中的个体声望可以表示为 权利要求1.一种细粒度的多机器人协作系统任务分配算法，其特征是在于，由周期时间机制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种细粒度的多机器人协作系统任务分配算法，其特征是在于，由周期时间机制、系统协作框架、基于声望的协作策略以及细粒度时间特征组成，具体如下：首先设定符合条件的周期时间，然后按照协作系统框架，建立相应的委托协作、周期时间协作、推导规则，然后根据声望的协作策略进行任务分配，同时在周期时间内监测任务的完成进度，若符合则继续，否则按照委托机制进行任务委托或者是撤销；所述的周期时间机制，使用函数FSol()来判断给定时间点是否在一个周期时间内；所述的系统协作框架,是利用接受任务集进行任务描述，利用带有效期限的推导规则Rdrt进行任务委托；所述的基于声望的协作策略,是将机器人的声望分为了机器人的直接声望、个体声望、联盟声望，同时通过机器人的协商策略进行机器人之间的协作；所述的细粒度时间特征，是将群体中的机器人使用资源的一个完整过程可以分成三个连续的时间段：调度前、调度过程中、调度后，对资源进行连续性管理，从而实现资源全方位的调度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：石志国，涂俊，张巧，张晓萌，胡开航，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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