CN110526049A - 一种适用机器人乘用的电梯系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种适用机器人乘用的电梯系统及其控制方法，具体包括：电梯管理单元、电梯控制单元、电梯任务分配单元和电梯任务执行单元，电梯控制单元接收机器人乘坐电梯请求、用户乘坐电梯请求及电梯管理单元传递过来的故障停用信息，利用电梯任务优化分配算法，给机器人或用户的乘坐电梯请求安排可用电梯应答；电梯任务分配单元利用有限状态优化控制算法，控制该可用电梯运行，满足机器人或用户的乘用需求，并将电梯运行信号传递给电梯任务执行单元；电梯任务执行单元接收电梯运行信号，执行对应电梯运行任务。本发明的优点是模型简单、效率高，在复杂的环境下也能够较为高效地实现机器人与用户共同使用电梯的全自动智能控制。

Description

一种适用机器人乘用的电梯系统及其控制方法
技术领域
本发明属于移动机器人领域，特别涉及一种适用机器人乘用的电梯系统及其控制方法。
背景技术
随着社会经济的发展和科学技术的进步，移动机器人的智能化尤为关键，在复杂的环境下能够高效地实现机器人与用户共同使用电梯的全自动智能控制的研究成为行业的关注的热点。
目前多数的移动机器人无法实现与电梯交互，机器人无法乘坐电梯上下楼去服务目标楼层的用户，导致每个楼层只能配备一个机器人去服务本楼层的用户，成本较高。同时少数可与电梯交互的机器人在与电梯交互的过程中，没有使用智能优化的算法对乘梯任务进行科学规划以实现高效的机器人自由乘用电梯的过程。
本发明专利公开了一种适用机器人乘用的电梯系统及其控制方法，设计了可靠的机器人与电梯交互系统，并利用智能优化算法提高机器人乘用电梯的工作效率。
发明内容
基于以上技术不足，本发明的实施提供一种适用机器人乘用的电梯系统及方法。其中，一种适用机器人乘用的电梯系统，包括：电梯管理单元、电梯控制单元、电梯任务分配单元和电梯任务执行单元；
所述电梯管理单元与电梯控制单元相连接，电梯控制单元与电梯任务分配单元相连接，电梯任务分配单元与电梯任务执行单元相连接；
所述电梯管理单元，根据管理单元预先设定的故障停用命令，将电梯划分为可用电梯及不可用电梯，可用电梯指电梯能够投入使用，不可用电梯指电梯停止使用，并将故障停用信息传递给电梯控制单元；
所述电梯控制单元，接收机器人乘坐电梯请求、用户乘坐电梯请求及电梯管理单元传递过来的故障停用信息，给机器人或用户的乘坐电梯请求安排可用电梯应答，并将指定可用的电梯应答信息传递给电梯任务分配单元；
所述电梯任务分配单元，接收传递过来的可用电梯应答信息，控制该可用电梯运行，满足机器人或用户的乘用需求，并将电梯运行信号传递给电梯任务执行单元；
所述电梯任务执行单元，接收电梯运行信号，执行对应电梯运行任务。
一种适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：电梯控制单元接收机器人乘坐电梯请求、用户乘坐电梯请求及电梯管理单元传递过来的故障停用信息，利用电梯任务优化分配算法，给机器人或用户的乘坐电梯请求安排可用电梯应答，并将可用电梯应答信息传递给电梯任务分配单元；
步骤2：电梯任务分配单元接收传递过来的可用电梯应答信息，利用有限状态优化控制算法，控制该可用电梯运行，满足机器人或用户的乘用需求，并将电梯运行信号传递给电梯任务执行单元；
步骤3：电梯任务执行单元接收电梯运行信号，执行对应电梯运行任务。
乘坐电梯请求乘坐电梯请求S3、电梯管理单元根据电梯通信系统接收的信息以电梯任务优化分配算法对机器人或用户的乘坐电梯请求安排指定可用的电梯应答；
所述电梯任务优化分配算法，将以机器人或用户的平均候梯时间、平均乘梯时间、电梯的能源消耗以及电梯轿厢的拥挤度4个评价指标组成综合目标，决定每一个乘坐电梯请求需要安排哪一个可用电梯进行应答，具体步骤如下：
步骤1.1：将用户和机器人的所有n条乘坐电梯请求命令设定为乘坐电梯请求命令集合N，定义N＝{1，…，a，…，n}；将电梯管理单元将电梯群划分的x个可用电梯，并设定为可用电梯集合X，定义X＝{1，…，b，…，x}；其中，a为第a条乘坐电梯请求命令，b为第b个可用电梯；
步骤1.2：设定第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令的评价函数为：
其中，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令的评价函数值，W1是平均候梯时间权重值，是第b个可用电梯去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的候梯时间，W2是平均乘梯时间权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，W3是电梯轿厢拥挤度权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢拥挤度，W4是电梯能源消耗权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求时电梯能源消耗值，其中，W1+W2+W3+W4＝1，这四个权重值根据实际情况预先设定。
其中，评价函数中所述为第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的候梯时间，该参数是指机器人或用户在发出乘坐电梯请求信号开始，到电梯到达乘坐电梯请求信号发生楼层，且机器人或用户进入电梯时所需要的时间，包括电梯的运行预估时间和电梯的停靠预估时间，计算公式如下式所示：
其中，是指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求时命令机器人或用户的候梯时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的电梯运行预估时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的电梯停靠预估时间。
候梯时间与电梯的初始状态、电梯的运行速度、停站次数和乘客进出时间及已分配给电梯的乘坐电梯请求信号和未分配给电梯的乘坐电梯请求信号有关。机器人的呼梯信号中包含目标楼层数据，但是对于已分配的用户的呼梯信号由于目的层不明确,因此统一不考虑已分配信号的目的层到站对新呼梯信号乘客候梯时间产生的影响。不再分别考虑电梯轿厢全速及加减速运行的时间,而将运行时间简化为电梯平均通过每个楼层的时间T(r)和到乘坐电梯请求信号发生楼层所经过的楼层数的乘积。电梯轿厢停靠的时间包括开关门时间和机器人或用户出入时间,这里将总的停靠时间简化为电梯轿厢平均停靠一次所需时间T(s)和到乘坐电梯请求信号发生楼层期间要停靠的次数的乘积。
所述具体公式如下：
其中，T(r)为电梯平均通过每个楼层的时间，由历史数据统计获得，以一定时间范围内的统计样本均值或者统计样本的众数均值等科学的统计值表征，为当前第b个可用电梯所在楼层到达第a条乘坐电梯请求信号发生楼层所经过的楼层数；
所述具体公式如下：
其中，T(s)为电梯轿厢平均停靠一次所需时间，由历史数据统计获得，以一定时间范围内的统计样本均值或者统计样本的众数均值等科学的统计值表征，为当前第b个可用电梯所在楼层到达第a条乘坐电梯请求信号发生楼层所要停靠的次数；
所述为第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，该参数是指机器人或用户进入电梯到到达目标楼层所需要的时间，包括电梯的任务运行预估时间和电梯的任务停靠预估时间，计算公式如下式所示：
其中，是指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务运行预估时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务停靠预估时间。
对于机器人的乘坐电梯请求，其乘坐电梯请求信息中包括机器人的当前楼层和目标运行楼层，第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令，该乘坐电梯请求命令是机器人发出的，电梯的任务运行预估时间简化为电梯平均经过一层的运行时间R(s)(该参数由历史数据统计得到)和机器人所在当前楼层到目标运行楼层的相隔楼层数的乘积，即：
其中，为第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令(该请求命令式机器人发出的)时电梯的任务运行预估时间，R(s)为电梯平均经过一层的运行时间，该参数由历史数据统计得到，以一定时间范围内的统计样本均值或者统计样本的众数均值等科学的统计值表征，为机器人所在当前楼层到目标到达楼层的相隔楼层数。
电梯的任务停靠预估时间简化为电梯平均停靠一次的时间T(s)和机器人所在当前楼层到目标运行楼层的过程中需要停靠的次数的乘积，即：
其中，为第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令(该请求命令式机器人发出的)时电梯的任务停靠预估时间，T(s)为电梯平均停靠一次的所需时间，以一定时间范围内的统计样本均值或者统计样本的众数均值等科学的统计值表征，为机器人所在当前楼层到目标到达楼层的过程中需要停靠的次数。
对于用户的乘坐电梯请求，其乘坐电梯请求信息中包括用户的当前楼层和目标运行方向，但是不包含目标楼层，电梯系统所能达到的最高楼层为zmax,设定楼层集合Z,即Z＝{1，…，c，…，zmax}，由历史数据统计得到此时在该楼层的用户的目标楼层是c(c∈Z)的概率p(c)，其中∑c∈Zp(c)＝1。第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令，该乘坐电梯请求命令是用户发出的，用户的目标楼层若为c，电梯的任务运行预估时间由电梯平均经过一层的运行时间R(s)(该参数由历史数据统计得到),以一定时间范围内的统计样本均值或者统计样本的众数均值等科学的统计值表征，用户所在当前楼层到目标运行楼层c层的相隔楼层数及用户的目标楼层为c的概率三个参数觉得，即：
其中，为第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令(该请求命令式用户发出的)时电梯的任务运行预估时间，R(s)为电梯平均经过一层的运行时间，以一定时间范围内的统计样本均值或者统计样本的众数均值等科学的统计值表征，为用户所在当前楼层到目标到达楼层c层的相隔楼层数,p(c)是由历史数据统计得到此时在该楼层的用户的目标楼层是c(c∈Z)的概率。在一定时间内的统计样本中用户到达的每个楼层的次数比上所有统计的样本次数为该楼层为目标楼层的概率。
电梯的任务停靠预估时间由电梯平均停靠一次的时间T(s)，用户所在当前楼层到目标运行楼层的过程中需要停靠的次数及用户的目标楼层为c的概率，即：
其中，为第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令(该请求命令式用户发出的)时电梯的任务停靠预估时间，T(s)为电梯平均停靠一次的所需时间，以一定时间范围内的统计样本均值或者统计样本的众数均值等科学的统计值表征，以一定时间范围内的统计样本均值或者统计样本的众数均值等科学的统计值表征，为用户所在当前楼层到目标运行楼层c层的过程中需要停靠的次数,p(c)是由历史数据统计得到此时在该楼层的用户的目标楼层是c层(c∈Z)的概率，在一定时间内的统计样本中用户到达的每个楼层的次数比上所有统计的样本次数为该楼层为目标楼层的概率。
第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求时电梯轿厢的拥挤度为该参数可以用在承载了第a条乘坐电梯请求命令后电梯轿厢内的机器人或用户人数与电梯轿厢的容量Qmax之比来表示,其中可以通过检测设备来获得,如下式所示。
其中，指的是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢的拥挤度，指的是在承载了第a条乘坐电梯请求命令后电梯轿厢内的机器人或用户人数，Qmax指的是电梯轿厢的容量。
第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯能源消耗为该参数包括:起停耗能、开关门耗能、匀速运动耗能和加减速能耗等。另外,电梯轿厢运动是靠电机来拖动的,电机的起停阶段是最耗能的过程,因此主要用电梯的启停次数来衡量电梯系统的能源消耗。行梯过程中，尽量避免过多的停站。可根据电机类型,选取速度变化平缓的调速器既能满足乘客对舒适度的要求又能降低电梯的能源消耗。为了简化计算，电梯起停过程导致的启动能耗、加减速能耗、开关门能耗之和用起停能耗Cs表示，电梯经过每个楼层产生的平均能耗用匀速能耗Cr表示,Cs,Cr由历史数据统计和调研得到。
对于机器人的乘坐电梯请求，其乘坐电梯请求信息中包括机器人的当前楼层和目标运行楼层，第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令，该乘坐电梯请求命令是机器人发出的，机器人所在当前楼层到目标运行楼层的过程中需要停靠的次数为机器人所在当前楼层到目标运行楼层的相隔楼层数为对于机器人的乘坐电梯请求，第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯能源消耗计算公式由下式所计算。
其中，是指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求(该命令是由机器人发出的)时电梯能源消耗，Cs是每一次停靠起停能耗，Cr是指每经过一次楼层的平均能耗，是指机器人所在当前楼层到目标到达楼层的过程中需要停靠的次数，是指机器人所在当前楼层到目标到达楼层的相隔楼层数。
对于用户的乘坐电梯请求，其乘坐电梯请求信息中包括用户的当前楼层和目标运行方向，第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令，该乘坐电梯请求命令是用户发出的，电梯系统所能达到的最高楼层为zmax,设定楼层集合Z,即Z＝{1，…，c，…，zmax}，由历史数据统计得到此时在该楼层的用户的目标楼层是c(c∈Z)的概率p(c)，其中∑c∈Zp(c)＝1。用户的目标楼层若为c，用户所在当前楼层到目标运行楼层c层的过程中需要停靠的次数为用户所在当前楼层到目标运行楼层c层的相隔楼层数为对于用户的乘坐电梯请求，第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯能源消耗计算公式由下式所计算。
其中，是指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令(该命令是由用户发出的)时电梯能源消耗，Cs是每一次停靠起停能耗，Cr是指每经过一次楼层的平均能耗，是指用户所在当前楼层到目标运行楼层c层的过程中需要停靠的次数，是指用户所在当前楼层到目标运行楼层c层的相隔楼层数，p(c)是由历史数据统计得到此时在该楼层的用户的目标楼层是c(c∈Z)的概率。
步骤1.3，将计算结果进行归一化处理，为了方便分析和数据处理,将的量进行无量纲化处理,如下式所示。
式中，是第b个可用电梯去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的候梯时间，max(AWTb)是第b个可用电梯去服务各条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的最大候梯时间，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，max(ARTb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的最大乘梯时间，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢拥挤度，max(CRDb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢最大拥挤度，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求时电梯能源消耗值，max(ERCb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时电梯最大的能源消耗值。
步骤1.4：比较每台可用电梯的评价函数值,选出最小值对应的那台可用电梯，去响应对应的乘坐电梯请求命令，当有相同的最小值，随机选择其中一台可用电梯去响应对应的乘坐电梯请求命令。
所述的电梯按照有限状态优化控制算法具体包括八个控制条件:
乘坐电梯请求安排可用电梯应答后,该可用电梯在每一层的状态与动作的转移会根据有限个条件(8个)所控制。
条件1：当电梯到达某一层，能产生“电梯开门”动作的触发条件为条件1，条件1对应以下两种情况中的一种或者两种情况都具备：(a)电梯内机器人或用户的目标到达层是当前层；b：在当前层，电梯外有机器人或用户的目标到达层与当前层的方向和当前电梯运行方向一致；
条件2：当电梯到达某一层，能产生“电梯关门”动作转到“向上走一层”动作的触发条件为条件2，具体为：电梯在上行，电梯门关上后，电梯内机器人或用户的目标到达层在更高的楼层，或者更高楼层的电梯门外有机器人或用户发出乘坐电梯请求；
条件3：当电梯到达某一层，能产生“电梯关门”动作转到“向下走一层”动作的触发条件为条件3，具体为：电梯在下行，电梯门关上后，电梯内机器人或用户的目标到达层在更低的楼层，或者更低楼层的电梯门外有机器人或用户发出乘坐电梯请求；
条件4：当电梯到达某一层，能产生“电梯关门”动作转到“停止”动作的触发条件为条件4，具体为：电梯管理单元没有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求；
条件5：当电梯到达某一层，不需开关门直接向上走一层动作的触发条件为条件5，具体为：当前电梯运行方向为向上，当前的楼层也不是任何一个接收到的机器人或者用户的目标到达层，即电梯内机器人或者用户的目标到达层不是当前楼层，而且在当前楼层的电梯门外无机器人或者用户发出更高楼层的乘坐电梯请求；
条件6：当电梯到达某一层，不需开关门直接向下走一层动作的触发条件为条件6，具体为：当前电梯运行方向为向下，当前的楼层也不是任何一个接收到的机器人或者用户的目标到达楼层，即电梯内机器人或者用户的目标到达层不是当前楼层，而且在当前楼层的电梯门外无机器人或者用户发出更低楼层的乘坐电梯请求；
条件7：当电梯到达某一层，不需开关门直接转到“停止”动作的触发条件为条件7，该触发条件具体为：电梯管理单元没有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求；
条件8：当电梯在某一层，由停止的状态转向启动状态的触发条件为条件8，该触发条件具体为：电梯管理系统有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求。
有益技术效果：
本发明的优点是模型简单、效率高，在复杂的环境下也能够较为高效地实现机器人与用户共同使用电梯的全自动智能控制。
附图说明
图1为本发明实施例的用于一种适用机器人乘用的电梯系统及其控制方法流程图；
图2为本发明实施例的用于系统应用实例图；
图3为本发明实施例的用于电梯任务优化分配算法的应用实例图；
图4为本发明实施例的用于电梯有限状态优化控制算法应用实例图。
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，所描述的实施例仅仅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作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。
一种适用机器人乘用的电梯系统，如图1所示，包括：电梯管理单元、电梯控制单元、电梯任务分配单元和电梯任务执行单元，其特征在于：
所述电梯管理单元与电梯控制单元相连接，电梯控制单元与电梯任务分配单元相连接，电梯任务分配单元与电梯任务执行单元相连接；
所述电梯管理单元，根据管理单元预先设定的故障停用命令，将电梯划分为可用电梯及不可用电梯，可用电梯指电梯能够投入使用，不可用电梯指电梯停止使用，并将故障停用信息传递给电梯控制单元；
所述电梯控制单元，接收机器人乘坐电梯请求、用户乘坐电梯请求及电梯管理单元传递过来的故障停用信息，给机器人或用户的乘坐电梯请求安排可用电梯应答，并将指定可用的电梯应答信息传递给电梯任务分配单元；
所述电梯任务分配单元，接收传递过来的可用电梯应答信息，控制该可用电梯运行，满足机器人或用户的乘用需求，并将电梯运行信号传递给电梯任务执行单元；
所述电梯任务执行单元，接收电梯运行信号，执行对应电梯运行任务。
所述机器人乘坐请求通过电梯外部无线通信，传递到电梯控制单元；所述用户乘坐请求，用户通过按键，经过电梯内部通信传递到电梯控单元，如图2所示。
所述机器人乘坐请求，包括：机器人当前所在楼层和目标到达楼层；所述用户乘坐请求包括：用户当前所在楼层和目标运行方向。
一种适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：电梯控制单元接收机器人乘坐电梯请求、用户乘坐电梯请求及电梯管理单元传递过来的故障停用信息，利用电梯任务优化分配算法，给机器人或用户的乘坐电梯请求安排可用电梯应答，并将可用电梯应答信息传递给电梯任务分配单元；
步骤2：电梯任务分配单元接收传递过来的可用电梯应答信息，利用有限状态优化控制算法，控制该可用电梯运行，满足机器人或用户的乘用需求，并将电梯运行信号传递给电梯任务执行单元；
步骤3：电梯任务执行单元接收电梯运行信号，执行对应电梯运行任务。
步骤1中所述电梯任务优化分配算法，如图3所示，具体包括如下步骤：
步骤1.1：将用户和机器人的所有n条乘坐电梯请求命令，设定为乘坐电梯请求命令集合N，定义N＝{1，…，a，…，n}；电梯管理单元将电梯群划分的x个可用电梯，并设定为可用电梯集合X，定义X＝{1，…，b，…，x}；其中，a为第a条乘坐电梯请求命令，b为第b个可用电梯；
步骤1.2：设定第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令的评价函数为：
其中，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令的评价函数值，W1是平均候梯时间权重值，是第b个可用电梯去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的候梯时间，W2是平均乘梯时间权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，W3是电梯轿厢拥挤度权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢拥挤度，W4是电梯能源消耗权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求时电梯能源消耗值，其中，W1+W2+W3+W4＝1，这四个权重值根据实际情况预先设定；
步骤1.3，将计算结果进行归一化处理，如下式所示。
其中，是第b个可用电梯去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的候梯时间，max(AWTb)是第b个可用电梯去服务各条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的最大候梯时间，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，max(ARTb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的最大乘梯时间，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢拥挤度，max(CRDb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢最大拥挤度，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求时电梯能源消耗值，max(ERCb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时电梯最大的能源消耗值；
步骤1.4：比较每台可用电梯的评价函数值,选出最小值对应的那台可用电梯，去响应对应的乘坐电梯请求命令，当有相同的最小值，随机选择其中一台可用电梯去响应对应的乘坐电梯请求命令。
所述步骤1.2的评价函数公式中所述具体公式为：
其中，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的电梯运行预估时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的电梯停靠预估时间；
其中，所述具体公式为：
其中，T(r)为电梯平均通过每个楼层的时间，为当前第b个可用电梯所在楼层到达第a条乘坐电梯请求信号发生楼层所经过的楼层数；
其中，所述具体公式为：
其中，T(s)为电梯轿厢平均停靠一次所需时间，为当前第b个可用电梯所在楼层到达第a条乘坐电梯请求信号发生楼层所要停靠的次数。
所述步骤1.2的评价函数所述具体公式为：
其中，是指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务运行预估时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务停靠预估时间；
所述具体求解过程分为两种情况，乘坐电梯请求为机器人发出的和乘坐电梯请求为用户发出的，具体如下：
(1)若乘坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，为第b个可用电梯若去服务机器人发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务运行预估时间，R(s)为电梯平均经过一层的运行时间，为机器人所在当前楼层到目标到达楼层的相隔楼层数；
其中，若乘坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，为第b个可用电梯若去服务机器人发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务停靠预估时间，T(s)为电梯平均停靠一次的所需时间，为机器人所在当前楼层到目标到达楼层的过程中需要停靠的次数；
(2)若乘坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，为第b个可用电梯若去服务用户发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务运行预估时间，R(s)为电梯平均经过一层的运行时间，为用户所在当前楼层到目标到达楼层c层的相隔楼层数,p(c)为此时在该楼层的用户的目标楼层是c的概率，c∈Z，设定楼层集合Z＝{1，…，c，…，zmax}，其中∑c∈Zp(c)＝1，zmax为电梯系统所能达到的最高楼层；
若乘坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，为第b个可用电梯若去服务用户发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务停靠预估时间，T(s)为电梯平均停靠一次的所需时间为用户所在当前楼层到目标运行楼层c层的过程中需要停靠的次数,p(c)此时在该楼层的用户的目标楼层是c层的概率，c∈Z。
所述步骤1.2的评价函数公式中所述具体公式为：
其中，指的是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢的拥挤度，指的是在承载了第a个乘坐电梯请求命令后电梯轿厢内的机器人或用户人数，Qmax指的是电梯轿厢的容量。
所述步骤1.2的评价函数公式中所述具体求解过程，分为两种情况：乘坐电梯请求为机器人发出的和乘坐电梯请求为用户发出的，其分别公式为：
(1)若坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，是指第b个可用电梯若去服务机器人发出的第a条乘坐电梯请求时电梯能源消耗，Cs是每一次停靠起停能耗，Cr是指每经过一次楼层的平均能耗，是指机器人所在当前楼层到目标到达楼层的过程中需要停靠的次数，是指机器人所在当前楼层到目标到达楼层的相隔楼层数：
(2)若坐电梯请求为用户发出的，所述具体公式为：
其中，是指第b个可用电梯若去服务用户发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯能源消耗，Cs是每一次停靠起停能耗，Cr是指每经过一次楼层的平均能耗，是指用户所在当前楼层到目标到达楼层c层的过程中需要停靠的次数，是指用户所在当前楼层到目标到达楼层c层的相隔楼层数，p(c)此时在该楼层的用户的目标到达楼层是c层的概率，c∈Z。
步骤1中所述有限状态优化控制算法，使用电梯在每一层的状态与动作的转移根据8个条件进行控制，如图4所示，具体如下：
条件1：当电梯到达某一层，能产生电梯开门动作的触发条件定义为条件1，条件1对应以下两种情况中的一种或者两种情况都具备：(a)电梯内机器人或用户的目标到达层是当前层；(b)在当前层，电梯外有机器人或用户的目标到达层与当前层的方向和当前电梯运行方向一致；
条件2：当电梯到达某一层，能产生电梯关门动作转到向上走一层动作的触发条件，定义为条件2，具体为：电梯在上行，电梯门关上后，电梯内机器人或用户的目标到达层在更高的楼层，或者更高楼层的电梯门外有机器人或用户发出乘坐电梯请求；
条件3：当电梯到达某一层，能产生电梯关门动作转到向下走一层动作的触发条件，定义为条件3，具体为：电梯在下行，电梯门关上后，电梯内机器人或用户的目标到达层在更低的楼层，或者更低楼层的电梯门外有机器人或用户发出乘坐电梯请求；
条件4：当电梯到达某一层，能产生电梯关门动作转到停止动作的触发条件，定义为条件4，具体为：电梯管理单元没有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求；
条件5：当电梯到达某一层，不需开关门直接向上走一层动作的触发条件，定义为条件5，具体为：当前电梯运行方向为向上，当前的楼层也不是任何一个接收到的机器人或者用户的目标到达层，即电梯内机器人或者用户的目标到达层不是当前楼层，而且在当前楼层的电梯门外无机器人或者用户发出更高楼层的乘坐电梯请求；
条件6：当电梯到达某一层，不需开关门直接向下走一层动作的触发条件，定义为条件6，具体为：当前电梯运行方向为向下，当前的楼层也不是任何一个接收到的机器人或者用户的目标到达楼层，即电梯内机器人或者用户的目标到达层不是当前楼层，而且在当前楼层的电梯门外无机器人或者用户发出更低楼层的乘坐电梯请求；
条件7：当电梯到达某一层，不需开关门直接转到停止动作的触发条件，定义为条件7，该触发条件具体为：电梯管理单元没有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求；
条件8：当电梯在某一层，由停止的状态转向启动状态的触发条件，定义为条件8，该触发条件具体为：电梯管理系统有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种适用机器人乘用的电梯系统，包括：电梯管理单元、电梯控制单元、电梯任务分配单元和电梯任务执行单元，其特征在于：
所述电梯管理单元与电梯控制单元相连接，电梯控制单元与电梯任务分配单元相连接，电梯任务分配单元与电梯任务执行单元相连接；
所述电梯管理单元，根据管理单元预先设定的故障停用命令，将电梯划分为可用电梯及不可用电梯，可用电梯指电梯能够投入使用，不可用电梯指电梯停止使用，并将故障停用信息传递给电梯控制单元；
所述电梯控制单元，接收机器人乘坐电梯请求、用户乘坐电梯请求及电梯管理单元传递过来的故障停用信息，给机器人或用户的乘坐电梯请求安排可用电梯应答，并将指定可用的电梯应答信息传递给电梯任务分配单元；
所述电梯任务分配单元，接收传递过来的可用电梯应答信息，控制该可用电梯运行，满足机器人或用户的乘用需求，并将电梯运行信号传递给电梯任务执行单元；
所述电梯任务执行单元，接收电梯运行信号，执行对应电梯运行任务。
2.根据权利要求1所述的适用机器人乘用的电梯系统，其特征在于：
所述机器人乘坐请求通过电梯外部无线通信，传递到电梯控制单元；所述用户乘坐请求，用户通过按键，经过电梯内部通信传递到电梯控单元。
3.根据权利要求1所述的适用机器人乘用的电梯系统，其特征在于：
所述机器人乘坐请求，包括：机器人当前所在楼层和目标到达楼层；所述用户乘坐请求包括：用户当前所在楼层和目标运行方向。
4.一种适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：电梯控制单元接收机器人乘坐电梯请求、用户乘坐电梯请求及电梯管理单元传递过来的故障停用信息，利用电梯任务优化分配算法，给机器人或用户的乘坐电梯请求安排可用电梯应答，并将可用电梯应答信息传递给电梯任务分配单元；
步骤2：电梯任务分配单元接收传递过来的可用电梯应答信息，利用有限状态优化控制算法，控制该可用电梯运行，满足机器人或用户的乘用需求，并将电梯运行信号传递给电梯任务执行单元；
步骤3：电梯任务执行单元接收电梯运行信号，执行对应电梯运行任务。
5.根据权利要求4所述的适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，其特征在于：
步骤1中所述电梯任务优化分配算法，具体包括如下步骤：
步骤1.1：将用户和机器人的所有n条乘坐电梯请求命令，设定为乘坐电梯请求命令集合N，定义N＝{1，…，a，…，n}；电梯管理单元将电梯群划分的x个可用电梯，并设定为可用电梯集合X，定义X＝{1，…，b，…，x}；其中，a为第a条乘坐电梯请求命令，b为第b个可用电梯；
步骤1.2：设定第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令的评价函数为：
其中，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令的评价函数值，W1是平均候梯时间权重值，是第b个可用电梯去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的候梯时间，W2是平均乘梯时间权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，W3是电梯轿厢拥挤度权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢拥挤度，W4是电梯能源消耗权重值，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求时电梯能源消耗值，其中，W1+W2+W3+W4＝1；
步骤1.3，将计算结果进行归一化处理，如下式所示：
其中，是第b个可用电梯去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的候梯时间，max(AMTb)是第b个可用电梯去服务各条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的最大候梯时间，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，max(ARTb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的最大乘梯时间，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢拥挤度，max(CRDb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢最大拥挤度，是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求时电梯能源消耗值，max(ERCb)是第b个可用电梯若去服务各条乘坐电梯请求命令时电梯最大的能源消耗值；
步骤1.4：比较每台可用电梯的评价函数值，选出最小值对应的那台可用电梯，去响应对应的乘坐电梯请求命令，当有相同的最小值，随机选择其中一台可用电梯去响应对应的乘坐电梯请求命令。
6.根据权利要求5所述的适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，其特征在于：
所述步骤1.2的评价函数公式中所述具体公式为：
其中，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的电梯运行预估时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的电梯停靠预估时间；
其中，所述具体公式为：
其中，T(r)为电梯平均通过每个楼层的时间，为当前第b个可用电梯所在楼层到达第a条乘坐电梯请求信号发生楼层所经过的楼层数；
其中，所述具体公式为：
其中，T(s)为电梯轿厢平均停靠一次所需时间，为当前第b个可用电梯所在楼层到达第a条乘坐电梯请求信号发生楼层所要停靠的次数。
7.根据权利要求5所述的适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，其特征在于：
所述步骤1.2的评价函数所述具体公式为：
其中，是指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时机器人或用户的乘梯时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务运行预估时间，指第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务停靠预估时间；
所述具体求解过程分为两种情况，乘坐电梯请求为机器人发出的和乘坐电梯请求为用户发出的，具体如下：
(1)若乘坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，为第b个可用电梯若去服务机器人发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务运行预估时间，R(s)为电梯平均经过一层的运行时间，为机器人所在当前楼层到目标到达楼层的相隔楼层数；
其中，若乘坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，为第b个可用电梯若去服务机器人发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务停靠预估时间，T(s)为电梯平均停靠一次的所需时间，为机器人所在当前楼层到目标到达楼层的过程中需要停靠的次数；
(2)若乘坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，为第b个可用电梯若去服务用户发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务运行预估时间，R(s)为电梯平均经过一层的运行时间，为用户所在当前楼层到目标到达楼层c层的相隔楼层数,p(c)为此时在该楼层的用户的目标楼层是c的概率，c∈Z，设定楼层集合Z＝{1，…，c，…，zmax}，其中∑c∈Zp(c)＝1，zmax为电梯系统所能达到的最高楼层；
若乘坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，为第b个可用电梯若去服务用户发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯的任务停靠预估时间，T(s)为电梯平均停靠一次的所需时间为用户所在当前楼层到目标运行楼层c层的过程中需要停靠的次数,p(c)此时在该楼层的用户的目标楼层是c层的概率，c∈Z。
8.根据权利要求5所述的适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，其特征在于：
所述步骤1.2的评价函数公式中所述具体公式为：
其中，指的是第b个可用电梯若去服务第a条乘坐电梯请求命令时电梯轿厢的拥挤度，指的是在承载了第a个乘坐电梯请求命令后电梯轿厢内的机器人或用户人数，Qmax指的是电梯轿厢的容量。
9.根据权利要求5所述的适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，其特征在于：
所述步骤1.2的评价函数公式中所述具体求解过程，分为两种情况：乘坐电梯请求为机器人发出的和乘坐电梯请求为用户发出的，其分别公式为：
(1)若坐电梯请求为机器人发出的，所述具体公式为：
其中，是指第b个可用电梯若去服务机器人发出的第a条乘坐电梯请求时电梯能源消耗，Cs是每一次停靠起停能耗，Cr是指每经过一次楼层的平均能耗，是指机器人所在当前楼层到目标到达楼层的过程中需要停靠的次数，是指机器人所在当前楼层到目标到达楼层的相隔楼层数：
(2)若坐电梯请求为用户发出的，所述具体公式为：
其中，是指第b个可用电梯若去服务用户发出的第a条乘坐电梯请求命令时电梯能源消耗，Cs是每一次停靠起停能耗，Cr是指每经过一次楼层的平均能耗，是指用户所在当前楼层到目标到达楼层c层的过程中需要停靠的次数，是指用户所在当前楼层到目标到达楼层c层的相隔楼层数，p(c)此时在该楼层的用户的目标到达楼层是c层的概率，c∈Z。
10.根据权利要求4所述的适用机器人乘用的电梯系统的控制方法，其特征在于：
步骤1中所述有限状态优化控制算法，使用电梯在每一层的状态与动作的转移根据8个条件进行控制，具体如下：
条件1：当电梯到达某一层，能产生电梯开门动作的触发条件定义为条件1，条件1对应以下两种情况中的一种或者两种情况都具备：(a)电梯内机器人或用户的目标到达层是当前层；(b)在当前层，电梯外有机器人或用户的目标到达层与当前层的方向和当前电梯运行方向一致；
条件2：当电梯到达某一层，能产生电梯关门动作转到向上走一层动作的触发条件，定义为条件2，具体为：电梯在上行，电梯门关上后，电梯内机器人或用户的目标到达层在更高的楼层，或者更高楼层的电梯门外有机器人或用户发出乘坐电梯请求；
条件3：当电梯到达某一层，能产生电梯关门动作转到向下走一层动作的触发条件，定义为条件3，具体为：电梯在下行，电梯门关上后，电梯内机器人或用户的目标到达层在更低的楼层，或者更低楼层的电梯门外有机器人或用户发出乘坐电梯请求；
条件4：当电梯到达某一层，能产生电梯关门动作转到停止动作的触发条件，定义为条件4，具体为：电梯管理单元没有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求；
条件5：当电梯到达某一层，不需开关门直接向上走一层动作的触发条件，定义为条件5，具体为：当前电梯运行方向为向上，当前的楼层也不是任何一个接收到的机器人或者用户的目标到达层，即电梯内机器人或者用户的目标到达层不是当前楼层，而且在当前楼层的电梯门外无机器人或者用户发出更高楼层的乘坐电梯请求；
条件6：当电梯到达某一层，不需开关门直接向下走一层动作的触发条件，定义为条件6，具体为：当前电梯运行方向为向下，当前的楼层也不是任何一个接收到的机器人或者用户的目标到达楼层，即电梯内机器人或者用户的目标到达层不是当前楼层，而且在当前楼层的电梯门外无机器人或者用户发出更低楼层的乘坐电梯请求；
条件7：当电梯到达某一层，不需开关门直接转到停止动作的触发条件，定义为条件7，该触发条件具体为：电梯管理单元没有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求；
条件8：当电梯在某一层，由停止的状态转向启动状态的触发条件，定义为条件8，该触发条件具体为：电梯管理系统有接收到机器人或用户的乘坐电梯请求。
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