[发明专利]一种多医用配送机器人实时路径规划方法

说明书

一种多医用配送机器人实时路径规划方法，包括以下步骤；1)采用时间Petri网对医院静态环境建模，结合Petri网数学特性，提出一种整数线性规划问题来求解具有时间窗约束的多机器人多任务最短路径轨迹；2)以机器人路径之和最小化为目标，利用步骤1)所建立的数学模型对机器人进行任务分配并规划每个机器人的路径轨迹，在避开禁行区域的基础上按时完成所有配送任务的最短路径轨迹之和。本发明能够规划机器人在不同层楼执行任务的路径轨迹，从而有效减轻了医护人员繁重的物品配送工作负担。

技术领域

本发明涉及物流配送技术领域，特别涉及一种多医用配送机器人实时路径规划方法。

背景技术

近些年，机器人是人类最热门的研究领域之一，在农业、工业、医学各领域都有广泛应用。随着机器人相关研究的深入，如何对多机器人系统进行任务分配与路径规划是实现多机器人协同工作的研究基础也是目前的研究热点。

近几年来，基于Petri网的机器人路径规划一直是研究的热点。大量研究人员的研究重点在于如何在优化出行距离、能耗等指标的基础上进行机器人死锁预防、障碍物多避、多机器人工作协调。Costelha和Lima提出了一个广义随机Petri网模型来处理机器人的任务规划。假设某些区域的容量有限，为了避免碰撞，提出了机器人死锁预防策略。在Mahulea和Kloetzer的工作中，机器人的运行环境被划分为多个区域，每个区域和两个区域之间的连接分别由Petri网的库所和变迁来表示，并提出了一种基于布尔规范的移动机器人团队最短路径的寻找方法，当机器人偏离计划轨道时，能够通过在线监控程序更新路径，通过对状态机中的环境进行建模，将基于布尔值的任务转化为线性约束，提出了一个整数线性规划问题(ILPP)，用于求解一组移动机器人的运动轨迹。

然而，在实时系统中，任务区域总是有时间约束。机器人不仅需要到所有任务区域而且必须在规定的时间范围内到达对应的任务区域执行任务。当前关于路径规划的研究成果并不能满足上述实际的任务要求。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种多医用配送机器人实时路径规划方法，能够规划机器人在不同层楼执行任务的路径轨迹，从而有效减轻了医护人员繁重的物品配送工作负担。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多医用配送机器人实时路径规划方法，包括以下步骤；

1)采用时间Petri网对医院静态环境建模，结合Petri网数学特性，提出一种整数线性规划问题(ILPP)来求解具有时间窗约束的多机器人多任务最短路径轨迹；

2)以机器人路径之和最小化为目标，利用步骤1)所建立的数学模型对机器人进行任务分配并规划每个机器人的路径轨迹，在避开禁行区域的基础上按时完成所有配送任务的最短路径轨迹之和。

所述的步骤1)针对不同医院不同的环境布局，利用时间Petri网对医院环境进行建模，具体建模规则为：

1)引入Petri网对医院以科室病房的实际环境建模，首先将单位划分为若干区域Π＝{Π₁,Π₂，...，Π_|П|}；每个区域对应Petri网的一个库所P＝{p₁,p₂…p_n}；库所中的小黑点称为托肯，表示当前区域中机器人所处位置，托肯数表示一个区域中机器人数量，当有大于三个机器人同时在一个区域时，可直接用数字表示；相邻两联通库所之间用变迁连接，机器人通过激发对应的变迁t实现移动过程；

2)Petri网的初始标识M₀表示机器人的初始位置分布，M_h表示结束所有任务后的机器人位置分布；机器人们从初始位置通过发射一系列变迁{t_i1,t_i2,…t_ih}到达最终位置所发射的变迁序列用符号σ表示；