[发明专利]一种档案用机器人的导航定位与任务规划方法

权利要求书

1.一种档案用机器人的导航定位与任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预处理：定义档案架区域的坐标轴以及初始参数；机器人获取目标档案的任务指令，定义可执行任务矩阵为TE；

(2)机器人从初始位置出发，穿过档案区域，检测左和/或右档案架数量、工作区宽度以及档案架是否被打开，并记录坐标参数；

(3)判断机器人是否已经过任务中编号最大的档案架；

(4)根据待执行的任务矩阵，判断是否为可执行任务，若是可执行任务，形成可执行任务矩阵并执行步骤(5)，否则删除该任务；定义工作区档案架的距离矩阵DA、DB，距离矩阵DA的每个元素代表左侧的相邻两个架子之间的距离，距离矩阵DB的每个元素代表右侧的相邻两个架子之间的距离；定义矩阵TA0表示左侧档案架的任务序列，定义矩阵TB0表示右侧档案架的任务序列，两个矩阵都是列矩阵，矩阵中的每个元素都代表一个工作位置；将任务序列TA0、TB0中相同的工作区的任务合并表示为TA1、TB1，并定义矩阵TN1、TN2，TN1、TN2表示任务数量，用TN1(m)表示TA1(m)的数量，用TN2(m)表示TB1(m)的数量，SDA表示TA1的维数，SDB表示TB1的维数；其中，(m)是TA1中变量标号，TA1(m)代表由m指定的值，这个值又作为标号指向DA的变量；所述步骤(4)具体包括：

(41)筛选出左侧的可执行任务，当DA[TA1(m)]L，以L表示为使机器人进入过道所必需的架间距，定义一个错误变量ER，机器人一次可执行任务的数量为TM；m＝1～SDA时，表示档案架之间的宽度不够，此任务不能执行，将此任务从TA1中删去，同时从TN1中删去TN1(m)，使SDA＝SDA-1；

(42)筛选出右侧的可执行任务，当DB[TB1(n)]L，n＝1～SDB时，表示档案架之间的宽度不够，此任务不能执行，将此任务从TB1中删去，同时从TN2中删去TN2(n)，并使SDB＝SDB-1；

(43)形成可执行任务矩阵TE：TE矩阵的每一行对应一个任务信息：其中前SDA行为：TE[m，1]＝TA1(m)，TE[m，2]＝TN1(m)，TE[m，3]＝PA{TA1(m)+W1[TA1(m)]/2+DA[TA1(m)]/2；TE[m，4]＝0；m＝1～SDA；其中，TE[m,1]为矩阵TE第m行第1列的元素，其数值表示任务的位置，TE[m,2]为矩阵TE第m行第2列的元素，其数值表示任务的数量，TE[m,3]表示可执行任务的工作区位置，TE[m,4]为矩阵TE第m行第4列的元素，其数值只有0、1两个，0表示任务区位于左侧的架子，1表示任务区位于右侧的架子；此处的m是一个变量，最大值为SDA，为了把两侧架子的任务写在一个矩阵里，下面矩阵元素的行是SDA+n，另外，TE[SDA+n，4]＝1，表示任务区位于右侧的架子；接下来有SDB行：TE[SDA+n，1]＝TB1(n)，TE[SDA+n，2]＝TN2(n)，TE[SDA+n，3]＝PA{TB1(n)+W1[TB1(n)]/2+DB[TA1(n)]/2；TE[SDA+n，4]＝1；n＝1～SDB；定义两个指针p、k指向TE矩阵的行和列设定初始值均为1；TE的每一行可表述为TE(p)，TE中p行k列的元素可表示为TE(p，k)；

(5)根据档案区域的地图重新编排任务执行顺序，并根据机器人单次可处理的任务数量，对任务进行分解，形成新的任务矩阵；

(6)建立目标函数，对新的任务矩阵进行优化；所述步骤(6)具体包括：

(61)在任务矩阵的任务中取若干个任务组合TECO(i)，组合的条件可表达为：对TECO矩阵的第2列求和，不大于TM―TE(p，2)；其中，TM为机器人单次可处理的任务数量，TE(p，2)为TE中p行2列的元素；TE(P，2)＝TM时，TECO是一个空矩阵；TE(P，2)TM时，TECO是一组行数不等的矩阵序列，记为TECO(i)，它的形式有几种：只有一行，即组合中只有一个任务：TECO(1)＝[TE(x，1)，TE(x，2)，TE(x，3)，TE(x，4)]；

有多行，即组合中只有多个任务：

TECO(1)＝[TE(x₁，1)，TE(x₁，2)，TE(x₁，3)，TE(x₁，4)TE(x₂，1)，TE(x₂，2)，TE(x₂，3)，TE(x₂，4)TE(x₃，1)，TE(x₃，2)，TE(x₃，3)，TE(x₃，4)TE(x₄，1)，TE(x₄，2)，TE(x₄，3)，TE(x₄，4)…………………]；

式中，x、x₁、x₂、x₃、x₄表示任务的架位，均为正整数，1x、x₁、x₂、x₃、x₄≤SDE；其中，若有一个大任务记为：(TE1，TE2，TE3，TE4)，记新矩阵的行数为SDE；每一个TECO(i)的行数为DCO(i)，TECO(i)表示第i行的任务；

(62)计算目标函数AIM(i)：

式中，j取值为1～DCO(i)，S是一个与任务的空间分布密度有关的系数；j是为求和而设定的控制变量，用于选择矩阵TECO(i)中的行；

(63)求解max[AIM(i)]，max[AIM(i)]为最优任务组合，与TE(p)合并后为本次任务的规划的结果，用分块矩阵表达为：TEOP＝[TE(p)YECO(i)]；将所选取的组合TEOP中的任务从可执行任务矩阵TE中删除，则TE中剩下的任务为没有规划过的任务；

(64)重复上述步骤(61)～(63)，直到TE矩阵中所有矩阵被删除；

(7)将机器人放置在初始位置，根据步骤(6)优化后的任务矩阵执行任务。