[發明專利]全覆蓋應用下異構多機器人系統的任務規劃方法

有效

• 申請號: 202011401042.8
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112462783B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 楊文婧;李林;藍龍;楊紹武;徐利洋;黃達;史殿習;楊思寧;崔玉寧;劉哲
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 湖南企企衛知識產權代理有限公司 43257
• 代理人: 任合明

本發明公開了全覆蓋應用下異構多機器人系統的任務規劃方法，技術方案是先構建由服務端、客戶端及機器人終端組成的全覆蓋應用下的異構多機器人任務規劃系統；客戶端采集目標區域的信息；服務端上的機器人選擇模塊構建異構機器人能力模型和基于機器人覆蓋面積的數學模型，獲得最優機器人集合C；環境建模模塊通過環境建模，計算C中K臺機器人需要覆蓋的網格數量，統計與C中K臺機器人的位置距離最近的網格；區域劃分模塊將目標區域劃分成K個待覆蓋子區域；并行路徑規劃模塊在K個子區域分別生成覆蓋路徑。與C對應的K臺機器人終端并行按照對應的覆蓋路徑運動。本發明既能解決分配最優機器人到當前覆蓋任務的問題，又實現了最優路徑規劃。

技術領域

本發明屬于多機器人技術領域，具體涉及全覆蓋應用下異構多機器人的任務規劃方法。本發明可應用到基礎設施巡檢、精準農業、地板清潔等全覆蓋場景下的多機器人任務規劃當中。

背景技術

全覆蓋是指在特定約束下，為機器人尋找一條能夠覆蓋目標區域所有有效空間的連續路徑。全覆蓋是很多機器人應用的基礎，如地板清潔、基礎設施巡檢、精準農業等。一個由多個異構機器人組成的系統即為異構多機器人系統，其具備執行多項任務的能力。異構多機器人系統在全覆蓋應用下的任務規劃是指根據覆蓋任務、機器人數量及其攜帶的任務載荷類型，從異構多機器人系統中挑選最優的機器人集合分配給覆蓋任務，并為這些分配的機器人規劃覆蓋路徑。本發明涉及到任務規劃最重要的兩個內容：任務分配和路徑規劃。

傳統的任務規劃方法或僅涉及任務分配技術，或僅涉及路徑規劃技術，缺乏一個將任務分配和路徑規劃結合起來的整體的設計方案。比如文獻“Zhou,Xing,Huaimin Wang,and Bo Ding.How many robots are enough:a multi-objective genetic algorithmfor the single-objective time-limited complete coverage problem.2018IEEEInternational Conference on Robotics and Automation(ICRA).IEEE,2018.”(即周星，王懷民，丁博，“有多少機器人就夠了:針對單目標時限完全覆蓋問題的多目標遺傳算法”2018年IEEE機器人與自動化國際會議(ICRA)，IEEE2018)中介紹了一種全覆蓋應用下的任務分配方法，通過使用遺傳算法，挑選出最少數量的機器人，并盡可能均衡地將覆蓋任務分配給這些機器人。雖然該方法盡可能均衡地將覆蓋任務分配給多臺機器人，但是由于未考慮路徑規劃，導致機器人需要從同一個起點運動到各自所在的區域后才能執行覆蓋任務，從而引入了額外的運動能耗。文獻“Balampanis,Fotios,Ivan Maza,and Anibal Ollero.Area Partition for Coastal Regions with Multiple UAS.Journal of Intelligentand Robotic Systems 88.2(2017):751-766.”(即Balampanis,Fotios,Ivan Maza和Anibal Ollero，“具有多個“無人飛行系統”的沿海地區的區域劃分”，智能和機器人系統雜志88.2(2017):第751-766頁)中提出了一個多異構無人機路徑規劃的方法，該方法假定分配給當前覆蓋任務的異構機器人及其能力比值已知，先根據機器人能力比值將目標區域劃分為多個大小不一的子區域，然后在每個子區域上為單臺機器人設計出覆蓋路徑。雖然該方法能為異構機器人規劃路徑，但是該方法中的機器人數量及其能力是預先設定的，并沒有考慮到最優任務分配問題，而實際應用中覆蓋任務多種多樣，對應的最優機器人數量也相應發生改變，固定數量的機器人可能會導致覆蓋任務失敗或者產生機器人資源浪費。

基于以上問題發現，針對全覆蓋應用下的異構多機器人系統任務規劃問題，如何設計一個囊括任務分配和路徑規劃兩個內容的整體方案，使其既能解決從異構機器人系統中分配最優機器人到當前覆蓋任務的問題，又能解決為分配機器人規劃的最優路徑規劃問題，是全覆蓋任務規劃需要解決的技術問題。

發明內容