CN110427029B - 一种多机器人协同巡逻与调度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种多机器人协同巡逻与调度的方法，本方法一共分为三大步骤，每一个大步骤又分为若干小步骤。步骤1初始化系统，步骤2执行任务，步骤3执行充电，步骤2和3是以一定的时间间隔不断循环运行。以此实现不断的判断当前的状况，并做出合适的控制，实现协同运行。机器人充电桩的合理选择方法，即采用路径规划的方式找最合理的充电桩；机器人任务的管理方式重点在每台机器人根据需要能执行任何一个任务，从而尽可能减少机器人的数量。

Description

一种多机器人协同巡逻与调度的方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种多机器人协同巡逻与调度的方法。

背景技术

巡逻机器人是近两年才开始发展起来的，并未有大规模的应用，虽在同一场地可能有多台机器人在应用，但并没有多台机器人进行有机协同，实际上仍是独立的单个机器人在运用，机器人彼此之间并不能通过任务协调的方式达到最高运行效率，因此会出现可能机器人都在充电，无机器人在巡逻的情况，或是出现小部分机器人在巡逻，大部分机器人在充电的情况。

目前在多机器人协同领域，只有AGV搬运机器人已经发展出了比较完善的协同方法，比如天猫仓库中的搬运机器人，可以自动进行协同的管理。但这种协同方式与巡逻机器人的协同方式有比较大的区别：

1)AGV的导航方式是用磁条、磁钉或二维码的方式，即在运行路线上贴磁条、磁钉或二维码，机器人的运行路线必须是在这些东西上，不能离开这此点，因此路线固定。但巡逻机器人采用激光或视觉导航，无固定的路线，机器人路径规划是要跟实际情况规划的，千变万化，因此基于路径规划的判断方式就会不同。

2)AGV的运行环境都是比较理想的，充电点可以按照理想的地点设置，而且正因为固定的路线，因此计算最优充电点也就非常容易。但巡逻机器人一般都在室外，环境千变万化，充电点的设置也很难理想化，机器人如何最优化的选择充电点，方法就不同。

3)AGV一般使用数量会比较多，其协同的重点在于处理机器人路径的相遇问题，但巡逻机器人并非固定路线，具有自主避障能力，重点在于解决如果用最少数量的机器人，实现不间断的工作。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出了一种多机器人协同巡逻与调度的方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种多机器人协同巡逻与调度的方法，包括步骤：

步骤1：初始化系统，程序在启动后，读取初始数据，了解当前整体运行情况，为后续的运算逻辑提供正确的数据基础；

步骤2：执行任务，将需要执行的任务分配给合适的机器人去执行；

步骤3：执行充电，将需要充电的机器人送去充电。

进一步地，所述步骤1进一步包括以下步骤：

1.1：程序启动；

1.2：读取所有充电桩状态；

1.3：读取所有机器人状态及当前执行任务。

进一步地，所述充电桩状态有三种：空闲、占用、不可用，其中空闲指充电桩可以随时给机器人充电，占用指已经有机器人在其上充电，不可用指充电桩无电、损坏的情况。

进一步地，所述机器人状态包括自动、手动、充电三种。

进一步地，所述步骤2进一步包括以下步骤：

2.1：查找当前时段的未执行任务；

2.2：找出所有在线并且电量高于安全阈值的机器人，按电量高低排序；

2.3：将每条未执行任务分别下发给不同的机器人，电量高的先发，任务发完为止或可用机器人用完为止；

2.4：已下发任务的机器人执行任务；

2.5：将已下发的任务标记为执行中。

优选的，所述安全阈值为机器人满电量的50％。

进一步地，所述步骤3进一步包括以下步骤：

3.1：查找电量低于充电阈值的机器人；

3.2：取得N个空闲充电桩，N<＝需充电机器人数；

3.3：找出离机器人最近的空闲充电桩；

3.4：分别下发自动充电命令；

3.5：将已经下达充电命令的机器人的任务置为未执行；

3.6：如果还有空闲充电桩，且还有未执行任务的机器人，则将这些机器人执行充电。

优选的，所述充电阈值为机器人满电量的20％。

进一步地，步骤2和3是以预定的时间间隔不断循环运行。

优选的，所述预定的时间间隔为10s。

与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：

1、重点解决了用最少数量的机器人实现不间断的协同巡逻工作。

2、机器人充电桩的合理选择方法，即采用路径规划的方式找最合理的充电桩。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明的多机器人协同巡逻与调度的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术方案是为解决多台巡逻机器人协同实现24小时不间断的自动巡逻的需求。

巡逻机器人因为都是采用充电电池作为动力源，因此需要进充电，而因为电池容量大，充电比较耗时，一般在3～4小时，因此需要多台机器人协同工作，才能保证24小时的不间断巡逻。同时为了尽可能减少机器人和充电桩的数量，就需要有比较完善的协同工作算法也保障。本技术方案就是实现这种协同的一种方法。此方案的需要机器人系统满足如下要求：

1、机器人是联网的，可通过中心服务器对机器人进行控制；

2、机器人具有自主充电的能力，不需要人工干预。

本技术方案涉的协同调度方法如图1所示，本方法一共分为三大步骤，每一个大步骤又分为若干小步骤。步骤1只是在程序启动时运行，步骤2和3是以一定的时间间隔不断循环运行，比如每10秒运行一次。以此实现不断的判断当前的状况，并做出合适的控制，实现协同运行。此控制程序运行在服务器，各机器人都与服务器建立连接，服务器可以控制机器的工作状态、任务规划等。各机器人与服务器组成一张网，这是实现协同的基础，因此本方案并不适用于未联网的机器人系统。

具体步骤如下：

步骤1：初始化系统

初始化系统指程序在启动后，读取各种初始数据，了解当前整体运行情况，为后续的运算逻辑提供正确的数据基础。

子步骤1.1：程序启动

指程序从硬盘加载的启动过程。

子步骤1.2：读取所有充电桩状态

程序读取所有充电桩的状态，一般状态有三种：空闲、占用、不可用。“空闲”指充电桩可以随时给机器人充电，“占用”指已经有机器人在其上充电，“不可用”指充电桩无电、损坏等不可用的情况。

子步骤1.3：读取所有机器人状态及当前执行任务

程序读取所有机器人的状态，这些状态一般包括自动、手动、充电，“自动”指机器人处自动工作状态，可能是在巡逻，也可能是在待机，如果在巡逻，则还要读取其的巡逻任务是哪一条。“手动”是指人为将机器人切成了手动控制状态，此时全由人工接管，程序不对其进行控制。“充电”指机器人处于充电状态。

步骤2：执行任务

此步骤是将需要执行的任务分配给合适的机器人去执行。

子步骤2.1：查找当前时段的未执行任务

程序从任务列表中查找需要被执行，但未被分配的任务，这些任务就是当需要分配给机器人去执行的任务。

子步骤2.2：找出所有在线并且电量高于阈值的机器人，按电量高低排序

子步骤2.1里的待分配任务，需要机器人去执行，本子步骤2.2就是找出可以去执行任务的机器人，能执行任务的机器人要符合如下条件：1)机器人在线，这样才可以通过后台控制；2)机器人没有在执行巡逻任务，即要待机或充电状态；3)机器人的电量要高于一个安全阈值(比如50％)，因为太低的电量并不适合去执行任务。

查找到符合要求的机器人，并按照电量从高到低排序，排序是为了尽量用电量高的机器人去执行任务，减少机器人的充电次数。

子步骤2.3：将每条任务分别下发给不同的机器人，电量高的先发，任务发完为止或可用机器人用完为止

有了待分配的任务，然后也找到可供执行任务的机器人，我们再把任务一个一个分别分配给这些机器人，每个机器人最多分配一个任务。这样最多出现三种情况：1)任务太多，机器人数量不够，此时未分配的任务只能挂起，等待下一次再分配；2)任务和机器人的数量相等，刚好分配完；3)任务比可用机器人数量少，此时多出的机器人待机(在大步骤3时，还会让这些机器人去充电)。

子步骤2.4：已发任务的机器人执行任务

将上述2.3步骤已分配任务的机器人切换到自动巡逻模式，机器人即可自动去执行分配的巡逻任务。

子步骤2.5：将已下发的任务标记为执行中

再将已分配的任务标记为执行中，表明此任务已被分配。当机器人完成了任务后，或机器人去充电，或机器人被切换为手动模式，此机器人对应的任务都会被标记为未执行状态。

步骤3：执行充电

此步骤是将需要充电的机器人送去充电。

子步骤3.1：查找电量低于充电阈值的机器人

当机器人的电量低于一个设定值时，比如20％，就应该回去充电，此值即为充电阈值，此值的大小根据机器人工作的场地大小可以设大或设小。此步骤是找到电量低于此阈值的机器人，除了机器人的状态是手动之外，其它状态下的机器人都需要自动去充电。

子步骤3.2：取得N个空闲充电桩(N<＝需充电机器人数)

当3.1步骤找出需要充电的机器人后，就需要为机器人找出合适的充电桩，充电桩的数量与机器人的数量并不一定是1：1，一般情况下都会少于机器人数据，理想的情况下是1：2，所以有可能出现空闲充电桩数量不够的情况，此时就需要优先给电量最低的机器人先充电。同时正在充电的机器人，虽然没有充满，但其电量已经达到一个安全值(比如50％)，就可以先结束此机器人的充电，空出充电桩，让更需要充电的机器人来充电。

子步骤3.3：找出离机器人最近的空闲充电桩

找出空闲充电桩后，就需要找出离每台机器人最近的充电桩，以保障每台机器人回充电桩的过程中所用时间最合理。采用的方式是遍历每台机器人，以机器人当前位置为起点，规划出到可以空闲的充电桩的行进路径，从中选出最短的一条路径，从而确定最合适的充电桩。遍历机器人时，以电量从低到高的顺序遍历，以保证电量最低的得到优先充电保障。

子步骤3.4：分别下发自动充电命令

对于已经分配了充电桩的机器人，系统自动向其发送充电命令，指挥其到达分配的充电桩进行充电。

子步骤3.5：将此机器人的任务置为未执行

已经下达充电命令的机器人，其之前执行的任务，系统自动将其标记为未执行状态，以便下次可以分配给其它机器人去执行。

子步骤3.6：如果还有空闲充电桩，且还有未执行任务的机器人，则将这些机器人执行充电

当需要充电的机器人都去充电后，如果还有空闲的机器人，而又没有可执行的任务，则将这些机器人也送去充电，选择充电桩的方式同3.3步骤。此举是为了最大限度的保障机器人的电量，以减少在需要执行任务时出现电量不太多的情况。

本发明还提供了一种非易失性存储介质，其包括一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令在执行时实现上述协同巡逻与调度的方法。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，同样属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多机器人协同巡逻与调度的方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1：初始化系统，程序在启动后，读取初始数据，了解当前整体运行情况，为后续的运算逻辑提供正确的数据基础；

步骤2：执行任务，将需要执行的任务分配给机器人去执行；

步骤3：执行充电，将需要充电的机器人送去充电；

所述步骤1进一步包括以下步骤：

1.1：程序启动；

1.2：读取所有充电桩状态；

1.3：读取所有机器人状态及当前执行任务；

所述步骤2进一步包括以下步骤：

2.1：查找当前时段的未执行任务；

2.2：找出所有在线并且电量高于安全阈值的机器人，按电量高低排序；

2.3：将每条未执行任务分别下发给不同的机器人，电量高的先发，任务发完为止或可用机器人用完为止；

2.4：已下发任务的机器人执行任务；

2.5：将已下发的任务标记为执行中；

所述步骤3进一步包括以下步骤：

3.1：查找电量低于充电阈值的机器人；

3.2：取得N个空闲充电桩，N<=需充电机器人数；

3.3：找出离机器人最近的空闲充电桩；

3.4：分别下发自动充电命令；

3.5：将已经下达充电命令的机器人的任务置为未执行；

3.6：如果还有空闲充电桩，且还有未执行任务的机器人，则将这些机器人执行充电。

2.根据权利要求1所述的多机器人协同巡逻与调度的方法，其特征在于，所述充电桩状态有三种：空闲、占用、不可用，其中空闲指充电桩可以随时给机器人充电，占用指已经有机器人在其上充电，不可用指充电桩无电、损坏的情况。

3.根据权利要求1所述的多机器人协同巡逻与调度的方法，其特征在于，所述机器人状态包括自动、手动、充电三种。

4.根据权利要求1所述的多机器人协同巡逻与调度的方法，其特征在于，所述安全阈值为机器人满电量的50%。

5.根据权利要求1所述的多机器人协同巡逻与调度的方法，其特征在于，所述充电阈值为机器人满电量的20%。

6.根据权利要求1所述的多机器人协同巡逻与调度的方法，其特征在于，步骤2和3是以预定的时间间隔不断循环运行。

7.根据权利要求6所述的多机器人协同巡逻与调度的方法，其特征在于，所述预定的时间间隔为10s。

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