基于合作协同进化的多机器人协调运动任务分配方法

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多机器人系统具备智能程度高、功能完善和鲁棒性强等特点,适用于处理多规格和大规模任务,在建筑施工、智能制造和应急救灾等领域有巨大的发展潜力。为保证多机器人系统稳定高效工作,如何进行任务分配使机器人之间合作达到最优是多机器人协作的关键。针对当前多机器人系统智能程度较低和环境适应性较弱等问题,本文提出了一种基于合作协同进化的多机器人任务分配方法,结合智能平台在多机器人系统中进行协调沟通以弥补单一机器人功能单一和稳定性差等问题,并以此为基础进行多机器人间的冲突消解,主要包括以下四个方面的内容:(1)为适应高可靠性和智能化的工作要求,提出一种用于统筹规划的多机器人系统智能平台设计方法。设计并搭建了面向钢筋绑扎的智能平台,根据对多机器人系统的功能分解完成了智能平台的模块开发。该方法可有效增强系统鲁棒性,也可在提高准确性的基础上保证平台的实时性。(2)为充分发挥机器人间协调合作的特点,提出一种基于合作协同进化的多机器人任务分配求解方法。首先根据任务类型建立基于多机器人系统的空间松耦合任务体系和包括机器人之间距离代价函数、任务点与机器人之间价值函数在内的多目标数学模型,然后对任务点进行初分配以划分不同种群,最后通过合作协同蚁群算法在不同种群间建立合作关系从而完成任务组到机器人组的细化分配进行冲突消解。该任务分配方法可解决多机器人在共享空间内作业效率低,易发生冲突的问题。(3)为提高任务分配准确率,首先在Coppelia Sim仿真平台上进行验证。分别对各机器人进行运动学建模且获取各机器人的协同工作空间,根据多项式插值进行轨迹规划得到平滑关节角,且在Coppelia Sim仿真平台中评价任务分配方法的有效性。(4)在满足仿真实验安全有效的前提下,通过搭建多机器人系统钢筋绑扎实验平台验证任务分配的有效性。首先采用简易标定方法对机器人间的基坐标系进行标定,然后在钢筋绑扎实验平台中实现多机器人系统的多目标高效协同和智能控制。与均匀分配算法和聚类分配算法等进行对比,合作协同蚁群算法完成任务总距离为437.3 mm,远小于其它算法的503.7 mm和577.5 mm,且两机器人最小距离180.0 mm,远大于其它算法的130.2 m、176.5 mm以及机器人间安全距离160 mm。实验对比表明,所提任务分配方法可在冲突消解的基础上实现高效稳定的作业。
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