[发明专利]一种人机协作生产任务的规划方法

说明书

本发明涉及人与机器人的协作技术领域，本发明针对人与机器人协作的混合生产单元的任务规划，提供一种在生产过程中为工人提供短暂休息的人机协作生产任务的规划方法，并通过化学反应优化方法求解面向生产周期最短以及工人疲劳最小的多目标优化，在工人的疲劳程度与生产周期之前求得最优平衡方案。本发明提供的任务规划方法集成工人短暂休息时间，使得在生产过程中，工人都能得到短暂休息，降低工人疲劳，最大程度保证生产线的效率。传统模型不包含短暂休息时间，仅在工人的疲劳在下个生产周期将会超出疲劳约束时，为工人提供休息时间。经过对比，本发明提供的方法考虑了工人的疲劳因素，求解的工作周期更短，因此生产效率更高。

技术领域

本发明涉及人与机器人的协作技术领域，具体涉及一种人机协作生产任务的规划方法。

背景技术

机器人技术在信息技术驱动下，将在智能制造、柔性制造中扮演的重要作用。装配生产作为制造过程重要的组成，工作量占比达到20～70％，时间占比达到40～60％，成本占比达到30～60％。装配的效率、成本与质量直接关系到整个产品的整体生产周期、成本与质量。传统装配通常由人工完成，效率差，可靠性低，在装配中引入机器人对提高制造业的自动化水平更加。

鉴于机器人尚不具备完成复杂生产任务的能力，工人和机器人组成混合系统共享工作空间、共同完成生产任务的人机协作系统是将会是一种重要的生产模式。其中，工人承担精细、复杂的工作任务，更多精力用于监督、决策及异常处理；而机器人则承担重复度高、强度大的工作任务。

人作为混合系统中的重要一环，一方面提高了系统应对复杂任务的能力，异常情况的应变能力；另一方面也是系统长时间稳定运行的短板。工人无法长时间持续工作，必须安排足够的休息时间，才能保证工人的身心健康，限制了系统长时间高效、可靠运行的能力。因此，人机协作虽然拥有较强的能力，也为在人与机器人的任务规划带来挑战。任务规划中，必须充分考虑工人的疲劳，为工人提供适当的休息恢复时间，保证协作生产正常有序开展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明针对人与机器人协作的混合生产单元的任务规划，提供一种在生产过程中为工人提供短暂休息的人机协作生产任务的规划方法，并通过化学反应优化方法求解面向生产周期最短以及工人疲劳最小的多目标优化，在工人的疲劳程度与生产周期之前求得最优平衡方案。具体技术方案如下：

一种人机协作生产任务的规划方法，包括以下步骤：

S1：根据人机协作工作单元的属性，建立针对人机协作工作单元的生产任务规划模型P(h,r)，具体如下：

P(h,r)＝[A,h,r,T],T＝[T^H,T^R]； (1)

其中，h为人机协作工作单元中工人的数量，r为人机协作工作单元中机器人的数量，A为人机协作需要完成的生产任务，T为完成单个生产任务A的全部工时，T^H为工人完成单个生产任务A的工时，T^R为机器人完成单个生产任务的工时；

该生产任务规划模型设置两个适应度函数，分别为Fit₁和Fit₂，其中Fit₁表示每个生产周期所需的生产时间和休息时间之和；Fit₂表示工人完成一个生产班次的最大疲劳值；

S2：将生产任务A分解为n个任务序列，即：

A＝{S₁,S₂,…,S_n}； (2)

任务序列需要按照顺序执行，只有前一个任务序列完成后，才能开始下一个任务序列；

第i个任务序列S_i又可分解为m_i个子任务，如下：