[发明专利]基于分簇的多机器人任务分配方法

权利要求书

1.一种基于分簇的多机器人任务分配方法，其特征是：

(1)任务开始，每个机器人查找是否存在簇结构，当系统中存在簇结构，则转到(3)，否则转到(2)；

(2)基于树型拓扑的分簇结构生成算法生成新簇，当独立机器人遇到其他机器人后，判断机器人之间能否能够协作，当两个机器人具有协作条件时，在某个簇内的机器人会向簇头发出请求，簇头根据任务的难度和当前簇内节点数量来判断是否需要该机器人加入簇中，如果允许新的机器人加入簇中，则按照簇结构创建和管理规则生成新簇结构，新的簇产生后，则转入(5)；

(3)判断任务是否更新，并需要更新新的簇型结构，如果没有需要更新的簇结构，则转到(5)，否则转到(4)；

(4)根据任务的变化，采用簇间任务分配策略更新簇结构，当簇结构得到更新后，转到(5)；

(5)判断任务是否结束，如果任务没有结束，则转到(1)，否则结束任务。

2.根据权利要求1所述的基于分簇的多机器人任务分配方法，其特征是：所述簇结构是指当多个机器人之间产生能够信息共享和交流的通信网络，并具有同一个任务目标时，称这些机器人为一“簇”，在一簇机器人中，具有决策能力的机器人称为“簇头”，簇头具有最高决策权，新机器人的加入或者机器人的“离开”都需要簇头来决策，单独节点自身为簇头，簇头是由具有全局信息最多的机器人承担。

3.根据权利要求2所述的基于分簇的多机器人任务分配方法，其特征是基于树型拓扑的分簇结构生成算法生成新簇中协作机器人簇的创建和簇内信息管理规则为：根据初始簇内机器人的连接状态，确定簇头后，按照生成树算法，以簇头为根节点，将原始的图结构转化为树形结构，簇内机器人按照约束条件或编队控制规则保持一定的相对距离，在簇内树型结构中，父亲节点主要负责信息的交流、融合和管理子节点的功能，另外，为父节点定义最大连接数，当父节点连接数超过该最大值时，树型结构继续生长，其中定义该最大连接数为2，即每个节点最多允许有2个子节点。

4.根据权利要求3所述的基于分簇的多机器人任务分配方法，其特征是根据任务的变化，采用簇间任务分配策略更新簇结构的方法为：

①首先，确立分簇协作探索中机器人的职能安排，所有的机器人共有两类职能，即执行主动探索职能的主动机器人和执行被动引导职能机器人的被动机器人，执行主动探索职能的机器人构成主动机器人簇，同样也有被动机器人簇，主动机器人簇主要执行探索功能，根据被动机器人组成的网络选择全局环境中的目标区域，以便进行全局搜索任务，而被动机器人按照分离漫游规则散落到环境各处，并判断环境的复杂性，在被动机器人漫游的过程中，机器人之间仍然保持局部的相互连接关系，当被动机器人分散到一定程度后，开始判断局部环境的复杂性，并在簇网络中传递该信息，在完成当前局部搜索任务后，此时该簇机器人转化为被动机器人簇，对环境中新的任务进行评价，而被动机器则转化为主动机器人，更新环境地图并探索新的环境，如此往复，通过各个主动机器人簇和被动机器人簇之间的专职转化使得机器人实现任务分配下的多机器人协作探索；

②其次，明确基于分簇方法的多机器人通信内容，机器人之间需要通信如下信息：A.机器人当前的位置信息，用于簇内机器人结构的形成和机器人协作，B.机器人的局部信息，由主动机器人传递，用于不同簇机器人的协作，C.请求加入簇信息，当独立机器人遇到机器人簇后，会向簇节点发出请求，用于簇的动态生成，D.机器人节点编号，为了减少机器人通信的盲目性，E.针对不同任务区域的指向信息，在指向信息的引导下，机器人有效地从当前任务区域移动到其他的位置区域，指向信息为当前机器人所在位置的任务难度梯度向量，不同目标的信息被同时传播，形成多重信息素，F.任务难度信息，表示需要协作探索的紧迫程度和复杂程度，该信息是被动机器人在移动过程中计算的平均环境复杂程度，用于簇间任务分配，G.跳数，用于主动机器人结构的动态更新；

③最后，确立多机器人分簇下的局部交互机制，不同类型机器人分别具有不同行为：主动机器人簇在移动的过程中，根据簇内机器人数量的大小和任务难度信息，按照一定的概率选择相应的任务区域，当被动机器人簇形成后，形成一条单线路结构，并朝向簇内节点共同的未知区域移动，当有一个机器人到达未知区域后，对区域的复杂程度和大小进行判定，此时该机器人成为簇头，并像簇内其他机器人发出该区域的任务难度，最终该簇机器人群体产生一条到达该区域的长链路，并提供到达该任务区域的引导路线；

被动簇头机器人发出自己所在区域相应的任务难度信息后传递给簇内其他节点，随后该信息在簇内网络中传递开来，该信息使每个被动机器人都能及时融入到当前任务难度最大的未知区域网络中，被动机器人在传递该信息的过程中，会将其到达簇头的跳数信息加入到广播通信的内容中，当一个主动机器人簇接收到拥有两个任务信息时，它就根据二者的信息进行比较并选择较优的目标区域，即朝着较优簇头所在的位置移动，在这个信息交互和融合过程中，被动机器人簇充当到达目标区域吸引信息素的作用，被动机器人数量的增加，其所在的簇能够引导的范围越广泛，意味着该被动机器人簇能够吸引更多的主动机器人来该区域探索，当主动机器人到达探索区域后，任务难度根据当前主动机器人数量进行削减，若当前区域任务未完成，则被动机器人簇仍然可以保留，吸引独立的主动机器人到达区域，进行协作。