[发明专利]一种基于广义随机Petri网与改进候鸟算法的人机协作任务分配优化方法

说明书

本发明涉及一种基于广义随机Petri网与改进候鸟算法的人机协作任务分配优化方法，包括如下步骤：基于广义随机Petri网建立汽车座椅骨架焊接生产线人机协作焊接作业过程模型；建立人机协作焊接作业过程任务分配优化模型；基于改进候鸟算法的任务分配优化模型求解；实例分析。本发明解决人机协作任务再分配时易陷入局部最优问题，获取最优的汽车座椅骨架焊接工作站人机协作任务分配方案，实现最小化生产节拍的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于广义随机Petri网与改进候鸟算法的人机协作任务分配优化方法，属于智能制造领域。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人已在工业生产过程广泛应用，但对于一些复杂的作业任务,机器人还无法独立完成灵活、智能的操作与控制。因此，人机协作(Human-robotcollaboration,HRC)将成为智能制造系统运行的主要作业形式。在人机协作过程中，存在人机作业资源冲突和相互竞争等问题。所以，研究人机协作过程建模与任务分配优化，对实现机器人与人协同高效、精准地完成复杂任务具有重要意义。

发明内容

针对上述问题本发明开发一种基于广义随机Petri网(佩氏网)与改进候鸟算法的人机协作任务分配优化方法，构建基于广义随机Petri网的人机协作过程模型，引入疲劳状态参数，建立疲劳状态概率分布函数，解析考虑疲劳影响的人机协作过程的动态人机关系；在此基础上，以生产节拍最小化为目标，构建人机协作任务分配优化模型，提出一种改进候鸟算法的模型求解算法，获得最佳的人机协作任务分配方案。最后，应用PDPS(ProcessDesigner Process Simulate：工艺设计和工艺仿真)构建人机协作过程仿真模型，通过优化前后仿真分析，验证了方法的有效性和可行性。本发明的一种基于广义随机Petri网与改进候鸟算法的人机协作任务分配优化方法，包括如下步骤：

S1、基于广义随机Petri网建立汽车座椅骨架焊接生产线人机协作焊接作业过程模型；

S2、建立人机协作焊接作业过程任务分配优化模型；

S3、基于改进候鸟算法的任务分配优化模型求解；

S4、基于PDPS的焊接工作站人机协作建模与仿真。

优选的，所述的步骤S1包括如下子步骤：

具体的，所述的步骤S1中：S11、不同疲劳状态下的生产任务的完成时间t_hσ。

t_hσ＝t₀+ρ₀(t₀+t₁+t₂)+(1-ρ₀)t₁＝t₀+t₁+ρ₀(t₀+t₂)

式中，ρ₀为工人没有成功完成任务的概率；t₀为工人接到任务的反应时间；在人机协作的GSPN(Generative Shape Proposal Network：候选框生成网络)模型中，t₁、t₂表示瞬时变迁集；

在人机协作生产的GSPN模型中，变迁t表示一项生产任务由工人或机器人执行。当t表示时间变迁时表示是时间延时。本文中当变迁t代表的任务执行时，这个时间延时可以视为任务执行花费的时间。因此几个与变迁t相关的时间定义为：t_α表示变迁t代表的任务到达时刻；t_β表示变迁t代表的任务完成时刻；t_ω表示人或机器对任务的反应时间；t_γ表示人或机器对任务的执行时间，通常t_γ服从指数分布；t_σ表示变迁t_σ平均实施延迟。

根据以上定义，可以发现：