CN106155064A - 一种基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人调度方法，具体涉及一种对机器人运行环境进行临界区划分并通过上锁机制实现调度的调度方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人调度方法，具体涉及一种对机器人运行环境进行临界区划分并通过上锁机制实现调度的调度方法。
背景技术
具有定位导航的室内机器人具有越来越多的应用。但是仅将两台完全相同的机器人放在同一个环境工作会发生相互干扰，这就需要一套调度系统根据各个机器人的状态合理分配任务与资源，避免机器人之间互相干扰。本发明公开了一种方法，使得室内移动的多台机器人在预设对路径上行走时合理避让其他机器人，互相不发生干扰碰撞。
发明内容
一种基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，包括以下步骤：
1)调度系统分析路径，根据临界区识别算法找出临界区；
2)每台机器人使用室内基站定位出当前坐标；
3)根据路径规划找出未来一秒内需要占据的位置资源；
4)向调度系统发送资源申请；
5)调度系统判断资源申请是否已被其他机器人占据，若有则驳回，若无则授予；授予后即视为该资源已被机器人加锁；
6)调度系统判断机器人当前申请的位置资源是否在某个临界区内，若有则共同授予；
7)对于驳回，机器人通知运动控制算法，只能在已申请的范围内行动，必要时原地待命；
8)对于已授予的资源通知运动控制算法有更大的可行范围；
9)机器人将运动方向的后方区域发送给调度系统解锁；
10)调度系统判断分配给某个机器人的临界区是否完全解锁，完全解锁即可分配给其他机器人。
进一步地，步骤1中，临界区识别算法为：临界区为必须同时分配或释放具有“原子性”的一组资源的总和，具体识别算法为：a.穷举所有可行的路线；b.将所有路线合并为一平面路线集合；c.对平面上任意一点判断，该点距离每一段路线的距离；d.若到某一段的距离小于机器人半径，即视为该点在对应路径范围内；e.若某一点在多条路径范围内，则该点位临界点；f.临界点在平面上构成多个区域，根据平面区域的连通性可将整个零阶区域分为多个子区域，每个子区域即为一个临界区。
进一步地，步骤2中，室内基站定位机器人当前坐标的方法为：系统采用室内基站，结合GPS定位算法实现对每台机器人的定位。
进一步地，步骤3中，路径规划方法为：基于激光雷达扫描的地图，在此图上，每台机器人基于单源最短路径dijstra算法计算出当前位置到目标位置的最短路径。
进一步地，步骤5中，对于包含临界区的资源申请，若决定分配，则连同整个临界区一起分配。
进一步地，系统的拓扑结构为：系统采用CS（client、server）模型，每一台机器人作为客户端，调度系统核心算法运行在服务器端。
进一步地，系统的通信方案为：系统由覆盖在所有机器人运行环境的wifi网络构成通信网络。
进一步地，系统的地图构建过程为：系统采用激光雷达在机器人运行前先扫描出地图，将地图存储在每台机器人以及中心服务器上。
名词定义：资源：即位置坐标以及该坐标周围以机器人半径为半径的圆形区域，机器人每时每刻必须占据一定的面积，此面积内不再允许其他机器人占据，否则则视为发生碰撞。故可行区域内对坐标视为资源。碰撞：若两台机器人中心距离小于半径，则发生碰撞。冲突：两台机器人申请位置的距离小于机器人半径，则资源申请发生冲突，后申请的会被驳回。
该算法能保证机器人在运行过程中互相不碰撞，并具有如下优点：在经过十字路口时先到的直接通过，后到的停下来让行之后再通过；在同一条道路上，前方的机器人遇到障碍停下来后，后方的也会停下；在交汇的三叉路口，略微靠前的会先汇入，略微靠后的会减速汇入，或停下让行再汇入；在平行且相互靠近对两条道路上对两台机器人会合理调节前后间距；在只有一个机器人宽的窄道路上，先驶入的正常通过，后驶入的会在入口外面等待，直到对向机器人驶出后再驶入。
具体实施方式
1. 系统拓扑结构
系统采用CS（client、server）模型，每一台机器人作为客户端，调度系统核心算法运行在服务器端。
2. 通信方案
系统由覆盖在所有机器人运行环境的wifi网络构成通信网络。
3. 定位方法
系统采用室内基站，结合GPS定位算法实现对每台机器人的定位。
4. 地图构建
系统采用激光雷达在机器人运行前先扫描出地图，将地图存储在每台机器人以及中心服务器上。
5. 路径规划算法
基于激光雷达扫描的地图，在此图上，每台机器人基于单源最短路径dijstra算法计算出当前位置到目标位置的最短路径。
6. 临界区识别算法
临界区为必须同时分配或释放，具有“原子性”的一组资源的总和。对于调度算法，形如“十字路由”、“单行道”、“死胡同”等的为临界区。具体识别算法为：
1) 穷举所有可行的路线
2) 将所有路线合并为一平面路线集合
3) 对平面上任意一点判断，该点距离每一段路线的距离
4) 若到某一段的距离小于机器人半径，即视为该点在对应路径范围内
5) 若某一点在多条路径范围内，则该点位临界点
6) 临界点在平面上构成多个区域，根据平面区域的连通性可将整个零阶区域分为多个子区域，每个子区域即为一个临界区。
7.资源申请仲裁策略
1)判断申请的资源是否已被申请
2) 若已申请则驳回
3) 若未申请，则分配
4) 对于包含临界区的申请，若决定分配，则连同整个临界区一起分配。
8. 资源释放策略
1)机器人对使用过，且未来5秒不再使用的资源，给服务器发送释放通知
2) 对临界区，必须整个临界区每个点都满足释放条件时，同时发送释放通知。
9. 调度流程
1)调度系统分析路径，根据临界区识别算法找出临界区；
2)每台机器人使用室内基站定位出当前坐标；
3)根据路径规划找出未来一秒内需要占据的位置资源；
4)向调度系统发送资源申请；
5)调度系统判断资源申请是否已被其他机器人占据，若有则驳回，若无则授予；授予后即视为该资源已被机器人加锁；
6)调度系统判断机器人当前申请的位置资源是否在某个临界区内，若有则共同授予；
7)对于驳回，机器人通知运动控制算法，只能在已申请的范围内行动，必要时原地待命；
8)对于已授予的资源通知运动控制算法有更大的可行范围；
9)机器人将运动方向的后方区域发送给调度系统解锁；
10)调度系统判断分配给某个机器人的临界区是否完全解锁，完全解锁即可分配给其他机器人。
Claims (8)
1.一种基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，包括以下步骤：
1) 调度系统分析路径，根据临界区识别算法找出临界区；
2) 每台机器人使用室内基站定位出当前坐标；
3) 根据路径规划找出未来一秒内需要占据的位置资源；
4) 向调度系统发送资源申请；
5) 调度系统判断资源申请是否已被其他机器人占据，若有则驳回，若无则授予；授予后即视为该资源已被机器人加锁；
6)调度系统判断机器人当前申请的位置资源是否在某个临界区内，若有则共同授予；
7) 对于驳回，机器人通知运动控制算法，只能在已申请的范围内行动，必要时原地待命；
8)对于已授予的资源通知运动控制算法有更大的可行范围；
9)机器人将运动方向的后方区域发送给调度系统解锁；
10)调度系统判断分配给某个机器人的临界区是否完全解锁，完全解锁即可分配给其他机器人。
2.一种如权利要求1所述的基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，其特征进一步在于：步骤1）中，临界区识别算法为：临界区为必须同时分配或释放具有“原子性”的一组资源的总和，具体识别算法为：a.穷举所有可行的路线；b.将所有路线合并为一平面路线集合；c.对平面上任意一点判断，该点距离每一段路线的距离；d.若到某一段的距离小于机器人半径，即视为该点在对应路径范围内；e.若某一点在多条路径范围内，则该点位临界点；f.临界点在平面上构成多个区域，根据平面区域的连通性可将整个零阶区域分为多个子区域，每个子区域即为一个临界区。
3.一种如权利要求1所述的基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，其特征进一步在于：步骤2）中，室内基站定位机器人当前坐标的方法为：系统采用室内基站，结合GPS定位算法实现对每台机器人的定位。
4.一种如权利要求1所述的基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，其特征进一步在于：步骤3）中，路径规划方法为：基于激光雷达扫描的地图，在此图上，每台机器人基于单源最短路径dijstra算法计算出当前位置到目标位置的最短路径。
5.一种如权利要求1所述的基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，其特征进一步在于：步骤5）中，对于包含临界区的资源申请，若决定分配，则连同整个临界区一起分配。
6.一种如权利要求1所述的基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，其特征进一步在于：系统的拓扑结构为：系统采用CS（client、server）模型，每一台机器人作为客户端，调度系统核心算法运行在服务器端。
7.一种如权利要求1所述的基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，其特征进一步在于：系统的通信方案为：系统由覆盖在所有机器人运行环境的wifi网络构成通信网络。
8.一种如权利要求1所述的基于基于临界区加锁解锁的多机器人调度方法，其特征进一步在于：系统的地图构建过程为：系统采用激光雷达在机器人运行前先扫描出地图，将地图存储在每台机器人以及中心服务器上。
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