CN113348786B - 一种用于残膜回收的多机器人调度方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于残膜回收的多机器人调度方法、装置及系统，其中方法包括：向没有任务的残膜回收机器人分派阶段回收任务；根据所述阶段回收任务为对应的所述残膜回收机器人规划阶段运行路径；根据所述阶段运行路径控制对应的所述残膜回收机器人运行，当所述残膜回收机器人到达所述阶段运行路径的终点时，控制所述残膜回收机器人执行卸膜作业；控制收集机器人在其负责的各所述残膜回收机器人的阶段运行路径的终点之间运动；控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜。本发明的用于残膜回收的多机器人调度方法、装置及系统可实现所有残膜回收机器人与手机机器人的有序调度与残膜收集，回收效率高。
Description
技术领域
本发明涉及机器人调度技术领域，特别是涉及一种用于残膜回收的多机器人调度方法、装置及系统。
背景技术
地膜覆盖栽培具有增温、保水、保肥、改善土壤理化性质、抑制杂草生长、减轻病害、使农作物提早种植、增加农作物产量等特点，但农用塑料薄膜多为聚乙烯烃类化合物，在自然条件下极难降解，田间残膜大量累积，造成严重的“白色污染”，对生态环境、土壤结构、作物生长发育以及机具在田间的作业质量产生了不良影响，为此需要在收获农作物后对田地中的残膜进行回收，以避免残膜污染土地，影响农作物的下一次耕播。
当前主要通过残膜回收机执行残膜回收作业，残膜回收机的结构如专利201510567076.7所示，其包括阵列排布的耙齿以及刮板脱膜机构，执行残膜回收作业时，工作人员开着拖拉机牵引着残膜回收机在田间运动进行残膜回收，且每当耙齿上聚集了足够的残膜，工作人员控制耙齿转动，刮板脱膜机构将耙齿上的残膜卸下，卸下的残膜仍然留在田地中需要另外收集并统一处理。在大规模种植场合，由于土地面积大，往往需要多个残膜回收机同时作业，各残膜回收机独立作业并单独卸膜，如此田地中往往东一堆、西一堆的残膜，要收集上来仍然比较麻烦，且多个残膜回收机作业时往往缺乏统一调度导致回收效率低。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用多农业机器人对大面积土地进行残膜回收与收集、调度合理且回收效率高的用于残膜回收的多机器人调度方法、装置及系统。
技术方案：为实现上述目的，本发明的用于残膜回收的多机器人调度方法，所述方法包括：
向没有任务的残膜回收机器人分派阶段回收任务；
根据所述阶段回收任务为对应的所述残膜回收机器人规划阶段运行路径；
根据所述阶段运行路径控制对应的所述残膜回收机器人运行，当所述残膜回收机器人到达所述阶段运行路径的终点时，控制所述残膜回收机器人执行卸膜作业；
控制收集机器人在其负责的各所述残膜回收机器人的阶段运行路径的终点之间运动；
控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜。
进一步地，所述控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜之后还包括：
判断所述收集机器人所装载的残膜的总量是否达到预设条件；
当所述收集机器人所装载的残膜的总量达到预设条件，控制所述收集机器人至卸料点卸料。
进一步地，所述向没有任务的残膜回收机器人分派阶段回收任务包括：
获取同一组内的、有任务在执行的所有所述残膜回收机器人预期完成对应的阶段回收任务的第二预测时间；其中，同一组的所述残膜回收机器人是由同一所述收集机器人负责的所有所述残膜回收机器人的集合；
根据预设任务量区间计算预设任务量被执行结束时的预测时间区间；
从所述预测时间区间内选取第一预测时间，使得所述第一预测时间与所有所述第二预测时间错开；
根据所述第一预测时间生成对应于当前所述残膜回收机器人的阶段回收任务。
进一步地，所述根据预设任务量区间计算预设任务量被执行结束时的预测时间区间包括：
根据所述任务量区间的两个端点值对所述残膜回收机器人进行预路径规划得到对应于两个端点值的虚拟路径；
计算走完两个虚拟路径所需的预测时长；
根据当前时间与所述预测时长得到所述预测时间区间。
进一步地，所述控制收集机器人在其负责的各所述残膜回收机器人的阶段运行路径的终点之间运动中，收集机器人到达各所述残膜回收机器人的终点的时间不晚于相应的残膜回收机器人到达终点的时间。
进一步地，所述控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜包括：
控制所述收集机器人与所述残膜回收机器人对接；
控制所述残膜回收机器人执行卸膜作业，同时控制所述收集机器人将所述残膜回收机器人卸下的残膜进行收集。
一种用于残膜回收的多机器人调度装置，其包括：
任务分派模块，其用于向没有任务的残膜回收机器人分派阶段回收任务；
规划模块，其用于根据所述阶段回收任务为对应的所述残膜回收机器人规划阶段运行路径；
回收调度模块，其用于根据所述阶段运行路径控制对应的所述残膜回收机器人运行，当所述残膜回收机器人到达所述阶段运行路径的终点时，控制所述残膜回收机器人执行卸膜作业；
收集调度模块，其用于控制收集机器人在其负责的各所述残膜回收机器人的阶段运行路径的终点之间运动；
收集控制模块，其用于控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜。
一种用于残膜回收的多机器人调度系统，其包括多个残膜回收机器人，待处理区域被划分为与所述残膜回收机器人等数量的作业区域，每个所述作业区域对应于一个独立的所述残膜回收机器人；
还包括若干收集机器人，所述收集机器人可在所述待处理区域中行走，并能够运动至卸料点；
还包括调度中心，所述调度中心能够跟所有所述残膜回收机器人以及所述收集机器人通信并执行上述的用于残膜回收的多机器人调度方法。
有益效果：本发明的用于残膜回收的多机器人调度方法、装置及系统可对多个残膜回收机器人与收集机器人进行统一调度，对于每个残膜回收机器人每次分派一个阶段的阶段回收任务，并调度收集机器人至其负责的各残膜回收机器人的阶段运行路径的终点收集其卸下的残膜，可实现所有残膜回收机器人的有序调度与残膜收集，回收效率高。
附图说明
附图1为用于残膜回收的多机器人调度系统的构成示意图；
附图2为回收装置的结构图；
附图3为用于残膜回收的多机器人调度方法的流程示意图；
附图4为用于残膜回收的多机器人调度装置的构成示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明之用于残膜回收的多机器人调度方法应用于如附图1所示的用于残膜回收的多机器人调度系统，调度系统包括残膜回收机器人1、收集机器人2以及调度中心。上述残膜回收机器人1有多个，待处理的土地被划分为若干个待处理区域，每个待处理区域被划分为与所述残膜回收机器人1等数量的作业区域，每个所述作业区域对应于一个独立的所述残膜回收机器人1，执行回收作业时，每个残膜回收机器人1只在其对应的作业区域内执行任务；当待处理区域有多个时，对所有待处理区域依次进行处理，即按预定顺序先获取第一个待处理区域，将所有残膜回收机器人1分派至当前待处理区域中的各作业区域。
残膜回收机器人1包括牵引装置120与回收装置110，牵引装置120具有主动行走轮、GPS模块、探测单元（如激光雷达、红外传感器、超声传感器）以及控制器，附图2为回收装置110的结构图，其包括机架111，机架111上安装有多个呈方形阵列排布的耙齿112，还包括可相对于机架111运动的刮板脱膜机构113，刮板脱膜机构113具备对应于每一个耙齿112设置的脱膜条孔，还包括驱动刮板脱膜机构113相对于机架111运转的直线运动执行单元114，直线运动执行单元114可以是电动推杆或油缸；当需要卸膜时，控制直线运动执行单元114运转，即可使刮板脱膜机构113刮过每一个耙齿112实现脱膜作业。上述主动行走轮、GPS模块、探测单元以及直线运动执行单元114均连接控制器，控制器可与调度中心通信。
上述收集机器人2可在待处理区域中行走，并能够运动至卸料点3；收集机器人2包括收集舱与气吸装置，其能够通过气吸装置将残膜回收机器人1卸下的残膜收集至收集舱并统一运送至卸料点3。上述卸料点3可以是移动料车，其可按需移动。收集机器人2可以是一个或多个，当收集机器人2只有一个时，其负责所有残膜回收机器人1的残膜收集作业；当收集机器人2有多个时，每个收集机器人2负责至少两个残膜回收机器人1的残膜收集作业，且所有残膜回收机器人1均有对应的收集机器人2。
上述调度中心能够跟所有所述残膜回收机器人1以及所述收集机器人2通信，并执行本发明之用于残膜回收的多机器人调度方法。
如附图3所示的用于残膜回收的多机器人调度方法，所述方法包括如下步骤S101-S105（本发明中步骤编号不用于限制各步骤的执行顺序）：
步骤S101，向没有任务的残膜回收机器人1分派阶段回收任务；
本步骤中，残膜回收机器人1在两种情形下没有任务，一是刚开始执行回收任务时，二是执行完上一个阶段回收任务后。
步骤S102，根据所述阶段回收任务为对应的所述残膜回收机器人1规划阶段运行路径；
本步骤中，阶段运行路径局限于残膜回收机器人1对应的作业区域中。
步骤S103，根据所述阶段运行路径控制对应的所述残膜回收机器人1运行，当所述残膜回收机器人1到达所述阶段运行路径的终点时，控制所述残膜回收机器人1执行卸膜作业；
步骤S104，控制收集机器人2在其负责的各所述残膜回收机器人1的阶段运行路径的终点之间运动；
步骤S105，控制所述收集机器人2每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人1卸下的残膜。
优选地，上述步骤S105之后还包括如下步骤S201-S202：
步骤S201，判断所述收集机器人2所装载的残膜的总量是否达到预设条件；
步骤S202，当所述收集机器人2所装载的残膜的总量达到预设条件，控制所述收集机器人2至卸料点3卸料。
优选地，上述步骤S101中所述向没有任务的残膜回收机器人1分派阶段回收任务包括如下步骤S301-S304：
步骤S301，获取同一组内的、有任务在执行的所有所述残膜回收机器人1预期完成对应的阶段回收任务的第二预测时间；
本步骤中，同一组的所述残膜回收机器人1是由同一所述收集机器人2负责的所有所述残膜回收机器人1的集合；
步骤S302，根据预设任务量区间计算预设任务量被执行结束时的预测时间区间；
本步骤中，预设任务量区间为长度区间，区间的两个端点值表示残膜回收机器人1单次阶段回收任务所需走过的最短距离与最长距离。根据所需走过的最短距离与最长距离计算预测时间区间。
步骤S303，从所述预测时间区间内选取第一预测时间，使得所述第一预测时间与所有所述第二预测时间错开；
步骤S304，根据所述第一预测时间生成对应于当前所述残膜回收机器人1的阶段回收任务。
本步骤中，根据第一预测时间进行反向计算得到本次该残膜回收机器人1所需走过的距离，并据此生成阶段回收任务。
上述步骤S303-S304中，通过将第一预测时间与所有第二预测时间错开，可使同一组内所有残膜回收机器人1完成对应的阶段回收任务的时间不一样，如此可使得同一组内所有残膜回收机器人1到达各自对应的终点的时间不一样，另外，上述步骤S104中控制收集机器人2在其负责的各所述残膜回收机器人1的阶段运行路径的终点之间运动时，使收集机器人2到达各所述残膜回收机器人1的终点的时间不晚于相应的残膜回收机器人1到达终点的时间。如此，收集机器人2可及时与其负责的各残膜回收机器人1对接并将各残膜回收机器人1卸下的残膜吸入其收集舱中，残膜回收机器人1不会将残膜卸到地上，减少了收集机器人2的收集难度，且残膜回收机器人1卸膜后可马上进行下一段阶段回收任务，不需要作多余的停留等待。
优选地，上述步骤S302中所述根据预设任务量区间计算预设任务量被执行结束时的预测时间区间包括如下步骤S401-S403：
步骤S401，根据所述任务量区间的两个端点值对所述残膜回收机器人1进行预路径规划得到对应于两个端点值的虚拟路径；
本步骤中，进行预路径规划在所述残膜回收机器人1对应的作业区域内进行；
步骤S402，计算走完两个虚拟路径所需的预测时长；
本步骤中，计算预测时长的方法为：统计所述虚拟路径中包含的直线行驶、转弯、掉头、避障这些动作的次数；根据残膜回收机器人1的加减速时的加速度、正常行驶速度计算直线行驶时间；根据转弯、掉头、避障这些动作各自所需花费的时间以及这些动作各自对应的次数计算这些动作所需的总时长；将直线行驶时间与转弯、掉头、避障这些动作的总时长相加得到走完虚拟路径所需的预测时长。
步骤S403，根据当前时间与所述预测时长得到所述预测时间区间。
优选地，上述步骤S303中所述从所述预测时间区间内选取第一预测时间，使得所述第一预测时间与所有所述第二预测时间错开包括如下步骤S501-S504：
步骤S501，基于所有所述第二预测时间得到若干屏蔽区间；
本步骤中，所述屏蔽区间为第二预测时间之前设定时长的时间点与之后设定时长的时间点两者之间的区间，设定时长根据需要设置；
步骤S502，将所述屏蔽区间从所述预测时间区间中剔除，得到若干备选时间区间或备选时间点；
步骤S503，选择多个时间点，并计算每个时间点与最接近的第二预测时间之间的距离参数，最接近的第二预测时间为在该时间点之前的、与该时间点最接近的第二预测时间，所述距离参数为残膜回收机器人1在该时间点时的预测位置与最接近的第二预测时间对应的残膜回收机器人1当前阶段回收任务的终点两者之间的直线距离；
本步骤中，所有备选时间点均被选中并进行计算，对于备选时间区间，按设定步距在备选时间区间内选择多个时间点进行计算，若备选时间区间的绝对值小于设定步距，选择备选时间区间两个端点值进行计算。
步骤S504，选择所述距离参数最小的时间点作为所述第一预测时间。
通过上述步骤S501-S504，可使得收集机器人2在各终点之间运动时运动路径短，使得收集机器人2可同时负责更多的残膜回收机器人1。
优选地，由于收集机器人2每过一段时间就要往返一次卸料点3，为了避免卸料对整个流程造成影响，在上述步骤S201之前包括如下步骤S601-S606；
步骤S601，判断所述收集舱内的残膜量是否达到预设阈值，是则继续执行步骤S602-S606；
本步骤中，可根据收集舱中残膜的总重量或总体积判断是否达到预设阈值；具体地，可在收集舱底部设置计量称以计量收集舱内所有残膜的重量，或者在收集舱内设置感应传感器以采集收集舱内残膜整体上端的位置，此时，当残膜整体的上端到达感应传感器的位置，感应传感器输出信号，如此调度中心可获知收集机器人2内残膜体积已到达预设阈值。当收集舱内的残膜量达到预设阈值，说明收集舱快要满了，但仍有一定的容纳余量，在后续步骤中需要腾出一定时间间隔以供收集机器人2往返卸料点3。
步骤S602，就近获取时间轴上设定数目的时间间隔；
本步骤中，时间间隔两端的两个时间点为同一组中两个残膜回收机器人1预计到达各自终点的预测时间；
步骤S603，选取最长的时间间隔作为目标时间间隔；
步骤S604，判断目标时间间隔的时长是否大于目标时长，否则进入步骤S605；
步骤S605，将所述目标时间间隔前的所有时间点前移，将所述目标时间间隔后的所有时间点后移，以使得所述目标时间间隔的时长等于目标时长，进入步骤S606；
本步骤中，前移的时间点包括目标时间间隔的前端点，后移的时间点包括目标时间间隔的后端点，通过将时间轴上的时间点前移或后移，可腾出足够收集机器人2往返卸料点3的时间间隔。具体地，先计算目标时长与目标时间间隔的时长差，再将一半的时长差均摊给目标时间间隔前的所有时间点，一半的时长差均摊给目标时间间隔后的所有时间点，如此只需对每个残膜回收机器人1的阶段回收任务进行较小调整即可。
步骤S606，根据调整后的时间点调整各时间点所对应残膜回收机器人1的阶段回收任务进行调整。
对应于上述步骤S601-S606，上述步骤S201中的预设条件为：收集机器人2到达调整后目标时间间隔前端点对应于的残膜回收机器人1的终点，并完成了针对该残膜回收机器人1的收集任务。
优选地，上述步骤S105中所述控制所述收集机器人2每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人1卸下的残膜包括如下步骤S701-S702：
步骤S701，控制所述收集机器人2与所述残膜回收机器人1对接；
步骤S702，控制所述残膜回收机器人1执行卸膜作业，同时控制所述收集机器人2将所述残膜回收机器人1卸下的残膜进行收集。
通过上述步骤，可使收集机器人2能直接收集残膜回收机器人1收集的残膜，减少中间过程，降低收集难度。
本发明还提供了一种用于残膜回收的多机器人调度装置800，用于残膜回收的多机器人调度装置800可以包括或被分割成一个或多个程序模块，一个或者多个程序模块被存储于存储介质中，并由一个或多个处理器所执行，以完成本发明，并可实现上述用于残膜回收的多机器人调度方法。本发明实施例所称的程序模块是指能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，比程序本身更适合于描述上述用于残膜回收的多机器人调度方法在存储介质中的执行过程。以下描述将具体介绍本实施例各程序模块的功能，调度装置包括：
任务分派模块801，其用于向没有任务的残膜回收机器人1分派阶段回收任务；
规划模块802，其用于根据所述阶段回收任务为对应的所述残膜回收机器人1规划阶段运行路径；
回收调度模块803，其用于根据所述阶段运行路径控制对应的所述残膜回收机器人1运行，当所述残膜回收机器人1到达所述阶段运行路径的终点时，控制所述残膜回收机器人1执行卸膜作业；
收集调度模块804，其用于控制收集机器人2在其负责的各所述残膜回收机器人1的阶段运行路径的终点之间运动；
收集控制模块805，其用于控制所述收集机器人2每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人1卸下的残膜。
其他基于上述用于残膜回收的多机器人调度装置实现上述用于残膜回收的多机器人调度方法在前文已经详细介绍，可参考前文中的对应内容，此处不再赘述。
本发明的用于残膜回收的多机器人调度方法、装置及系统可对多个残膜回收机器人与收集机器人进行统一调度，对于每个残膜回收机器人每次分派一个阶段的阶段回收任务，并调度收集机器人至其负责的各残膜回收机器人的阶段运行路径的终点收集其卸下的残膜，可实现所有残膜回收机器人的有序调度与残膜收集，回收效率高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于残膜回收的多机器人调度方法，其特征在于，所述方法包括：
向没有任务的残膜回收机器人分派阶段回收任务；
根据所述阶段回收任务为对应的所述残膜回收机器人规划阶段运行路径；
根据所述阶段运行路径控制对应的所述残膜回收机器人运行，当所述残膜回收机器人到达所述阶段运行路径的终点时，控制所述残膜回收机器人执行卸膜作业；
控制收集机器人在其负责的各所述残膜回收机器人的阶段运行路径的终点之间运动；
控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜；
所述向没有任务的残膜回收机器人分派阶段回收任务包括：
获取同一组内的、有任务在执行的所有所述残膜回收机器人预期完成对应的阶段回收任务的第二预测时间；其中，同一组的所述残膜回收机器人是由同一所述收集机器人负责的所有所述残膜回收机器人的集合；
根据预设任务量区间计算预设任务量被执行结束时的预测时间区间；
从所述预测时间区间内选取第一预测时间，使得所述第一预测时间与所有所述第二预测时间错开；
根据所述第一预测时间生成对应于当前所述残膜回收机器人的阶段回收任务；
所述根据预设任务量区间计算预设任务量被执行结束时的预测时间区间包括：
根据所述任务量区间的两个端点值对所述残膜回收机器人进行预路径规划得到对应于两个端点值的虚拟路径；
计算走完两个虚拟路径所需的预测时长；
根据当前时间与所述预测时长得到所述预测时间区间。
2.根据权利要求1所述的用于残膜回收的多机器人调度方法，其特征在于，所述控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜之后还包括：
判断所述收集机器人所装载的残膜的总量是否达到预设条件；
当所述收集机器人所装载的残膜的总量达到预设条件，控制所述收集机器人至卸料点卸料。
3.根据权利要求1所述的用于残膜回收的多机器人调度方法，其特征在于，所述控制收集机器人在其负责的各所述残膜回收机器人的阶段运行路径的终点之间运动中，收集机器人到达各所述残膜回收机器人的终点的时间不晚于相应的残膜回收机器人到达对应终点的时间。
4.根据权利要求3所述的用于残膜回收的多机器人调度方法，其特征在于，所述控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜包括：
控制所述收集机器人与所述残膜回收机器人对接；
控制所述残膜回收机器人执行卸膜作业，同时控制所述收集机器人将所述残膜回收机器人卸下的残膜进行收集。
5.一种用于残膜回收的多机器人调度装置，其特征在于，其包括：
任务分派模块，其用于向没有任务的残膜回收机器人分派阶段回收任务；
规划模块，其用于根据所述阶段回收任务为对应的所述残膜回收机器人规划阶段运行路径；
回收调度模块，其用于根据所述阶段运行路径控制对应的所述残膜回收机器人运行，当所述残膜回收机器人到达所述阶段运行路径的终点时，控制所述残膜回收机器人执行卸膜作业；
收集调度模块，其用于控制收集机器人在其负责的各所述残膜回收机器人的阶段运行路径的终点之间运动；
收集控制模块，其用于控制所述收集机器人每到一个终点收集对应的所述残膜回收机器人卸下的残膜；
所述向没有任务的残膜回收机器人分派阶段回收任务包括：
获取同一组内的、有任务在执行的所有所述残膜回收机器人预期完成对应的阶段回收任务的第二预测时间；其中，同一组的所述残膜回收机器人是由同一所述收集机器人负责的所有所述残膜回收机器人的集合；
根据预设任务量区间计算预设任务量被执行结束时的预测时间区间；
从所述预测时间区间内选取第一预测时间，使得所述第一预测时间与所有所述第二预测时间错开；
根据所述第一预测时间生成对应于当前所述残膜回收机器人的阶段回收任务；
所述根据预设任务量区间计算预设任务量被执行结束时的预测时间区间包括：
根据所述任务量区间的两个端点值对所述残膜回收机器人进行预路径规划得到对应于两个端点值的虚拟路径；
计算走完两个虚拟路径所需的预测时长；
根据当前时间与所述预测时长得到所述预测时间区间。
6.一种用于残膜回收的多机器人调度系统，其特征在于，其包括多个残膜回收机器人，待处理区域被划分为与所述残膜回收机器人等数量的作业区域，每个所述作业区域对应于一个独立的所述残膜回收机器人；
还包括若干收集机器人，所述收集机器人可在所述待处理区域中行走，并能够运动至卸料点；
还包括调度中心，所述调度中心能够跟所有所述残膜回收机器人以及所述收集机器人通信并执行如权利要求1-4任一项所述的用于残膜回收的多机器人调度方法。
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