[发明专利]一种基于多目标优化的多机器人任务分配方法

说明书

本发明提供一种基于多目标优化的多机器人任务分配方法，采用加权求和的方式对时间效用目标和能量效用目标进行建模，优化时间效用目标和能量效用目标，实现多机器人任务分配；能量效用是用于评价机器人在完成任务过程中的能量耗费；时间效用是用于评价机器人在完成任务过程中的时间耗费。该方法在多机器人完成任务过程中能够有效体现时间耗费和能量耗费两个因素的评价机制，使得计算时间少，可实现快速得到多机器人的最优任务分配方案集，从而大大降低任务分配时间，提高任务完成效率。本发明更全面、更系统化的解决多机器人系统中的任务分配问题，增加一个基于该机制的任务分配结果优劣的量化评估指标，实现提高任务分配结果的科学性与合理性。

技术领域

本发明涉及多机器人协作控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于多目标优化的多机器人任务分配方法。

背景技术

利用多机器人协作完成环境探索、救援和搬运等多种应用问题与单机器人相比具有很多优点：多机器人系统的容错性可有效防止单个机器人失效引起的任务失败；多机器人系统的并行处理能力可在短时间内完成特定任务；多机器人之间的功能可互补实现单个机器人无法实现的功能等等。因此，现阶段通过多机器人协调合作完成预定任务已经成为该领域的研究热点，任务分配是多机器人系统研究中的核心问题之一。

现阶段研究实验过程中，为了使得多机器人能快速完成特定任务，在构建机器人相对于任务的效用函数时，只考虑到多机器人在完成任务过程中的时间因素，即多机器人完成任务所需的时间越短则相应的效用函数值就越大。但是，在实际应用时，多机器人在合作完成目标任务的过程中，系统除了要考虑多机器人完成任务所需的时间代价以外，往往多机器人在完成任务过程中的能量耗费也显得尤为重要，即通常认为能耗越少则任务完成的效果也就越好。

然而，时耗代价和能耗代价通常是多机器人在执行任务过程中的两个不可比而又相互冲突(抵触)的方面，即很难同时兼顾时耗与能耗开销，也即多机器人完成某一任务过程中若花费的时间代价比较少，则可能会引起能耗代价的增大。因此，为了更全面、更系统化的讨论多机器人系统中的任务分配问题，有必要建立一种多机器人完成任务过程中能够有效体现能量耗费因素的评价机制(如机器人能量效用函数)，从而增加一个基于该机制的任务分配结果优劣的量化评估指标，实现提高任务分配结果的科学性与合理性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于多目标优化的多机器人任务分配方法，该方法在多机器人完成任务过程中能够有效体现时间耗费和能量耗费两个因素的评价机制，使得计算时间少，并可实现快速得到多机器人的最优任务分配方案集，从而大大降低任务分配时间，提高任务的完成效率；同时，本发明在多机器人系统的任务分配问题中同时兼顾到机器人在完成任务过程中所获得的时间效用和能量效用的因素，可更全面、更系统化的解决多机器人系统中的任务分配问题，从而增加一个基于该机制的任务分配结果优劣的量化评估指标，实现提高任务分配结果的科学性与合理性。

为了达到上述目的，本发明通过提出一种基于多目标优化的多机器人任务分配方法予以实现，其特征在于：采用加权求和的方式对时间效用目标和能量效用目标进行建模，得到多机器人时间－能量加权效用函数；再通过分别设定时间效用目标和能量效用目标的权重来优化时间效用目标和能量效用目标，进而实现多机器人任务分配；其中，能量效用是用于评价机器人在完成任务过程中的能量耗费；时间效用是用于评价机器人在完成任务过程中的时间耗费。