[发明专利]一种细粒度的多机器人协作系统任务分配算法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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？

发明内容

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。

1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1周期时间是一个2元组（[t_begin，t_end],P），其中P是一个周期表达式其中C_d是日历，O₁=O_all，O_all表示从起始点到O₁的总时间段，O_i∈2^IN∪{O_all}，[t_begin,t_end]是一个时间段，表示作用于P时间点的上、下界。

定义2 (函数F_Sol()）令t为一个时间点，P_t=（[t_begin，t_end],P），其中[t_begin，t_end]是一个时间段，P为一个周期表达式。则t∈F_Sol(P_t)，当且仅当存在t∈∏(P)，且t∈[t_begin，t_end]。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<κ，τ,ε,Res>组成，其中κ表示有限的本体集；τ表示有限的属性集合；ε表示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_coop表示为6元组(s,x,o,g,l,k_own)，其中，s∈R是任务的接受者，x∈P是被授予的执行任务的权限，o∈O是被访问的机器人的目标任务集合，g∈R是任务的授予者，l∈{1,0}表示接受者s能(1)/否(0)对所获得的任务再进行传播与分配，k_own∈{1,0}表示任务授予者g是否为任务o的所有者。由任务分配组成的集合称为分配集，记为S_DS。函数F_xo(F_coop)和F_sxo(F_coop)分别返回(x,o)元组和(s,x,o)元组。