[发明专利]基于拓扑地图的多移动机器人调度方法及系统

权利要求书

1.一种基于拓扑地图的多移动机器人调度方法，其特征在于包括如下步骤：

S1. 获取待调度区域的地图，并建模得到拓扑地图；

S2. 对步骤S1获取的拓扑地图进行处理得到压缩宏环图；具体为为每个叶子节点添加自环生成图，然后分离自环生成图中的所有桥边，得到宏环集，其中为宏环且，为宏环的顶点集合，为宏环的连边集合，为宏环的连边的数量；最后，在自环生成图中将所有宏环压缩为节点，从而得到压缩宏环图CMG；

S3. 当待调度区域内的移动机器人接受到新指令或移动到当前连边的设定位置时，为移动机器人规划多条候选路径；具体为当待调度区域内的移动机器人接受到新指令，或者当调度区域内的移动机器人在当前连边上移动的距离超过了当前连边的x%时，采用Dijkstra算法为移动机器人规划多条候选路径；x为(0,100)上的正数；

具体为采用如下步骤为移动机器人规划多条候选路径：

A. 在步骤S2得到的拓扑地图G中，在每次进行候选路径规划时，均将移动机器人所在边的前向首节点作为源点s；

B. 根据拓扑地图G的邻接矩阵，采用现有的Dijkstra算法为移动机器人规划一条从源点s至目标点d的最短路径p₁；

C. 根据步骤B得到的最短路径p₁上的第一个分叉点，以第一个分叉点为第一源点继续规划若干条不同的从第一源点至目标点d的路径，从而得到若干条从源点s至目标点d的路径，构成可选路径集合P；具体为采用如下步骤构成可选路径集合P：

C1. 找到最短路径p₁上的第一个分叉点v，此时源点s到第一分叉点v仅有一条前向路径p₀；

C2. 将第一分叉点v作为第一源点；

C3. 在拓扑图中删除第一源点v后最短路径p₁上的第一条边，采用现有的Dijkstra算法为移动机器人规划一条从第一源点v至目标点d的最短路径p₂；

C4. 在拓扑图中删除步骤C3得到的最短路径p₂的首个连边，并将路径p₀与p₂拼接后存入可选路径集合P；

C5. 重复步骤C3~C4直至最短路径p₂为空，从而得到最终的可选路径集合P；

S4. 对步骤S3得到的多条候选路径进行安全性判断，从而给移动机器人下达下一步的控制指令；具体为采用如下步骤进行安全性判断并给移动机器人下达下一步的控制指令：

a. 获取待调度区域的所有移动机器人的数据信息；

b. 在自环生成图中，将移动机器人所在的连边转化为对应其移动方向的有向边，生成部分有向图D用于表示当前状态；

c. 根据宏环集M，将可选路径集合P中的路径p_i分离为p_ib、p_iu、p_ibub、u_i1和u_i2；其中p_ib为路径p_i的第一个宏环前的路径，p_iu为路径p_i的第一个宏环内的路径，p_ibub为路径p_i的第一个宏环和第二个宏环之间的桥边，u_i1为路径p_i的第一个宏环，u_i2为路径p_i的第二个宏环；

d. 采用如下步骤判断路径p_i的安全性：

d1. 若路径p_i上的第一条边没有被任何移动机器人占领，则采用如下步骤继续进行d2~d3的判定；否则，判定路径p_i为不安全；

d2. 若路径p_ib为空，则对路径p_iu进行判定：

若路径p_iu为空，则判定路径p_i为安全；

若路径p_iu不为空，则采用如下步骤继续进行d2-1~ d2-4的判定：

d2-1. 在部分有向图D内标记宏环u_i1内涉及到的所有的边和节点，得到部分有向图D的子图：

d2-2. 将当前所有处于宏环u_i1内的移动机器人构成集合u_i1_controller；

d2-3. 遍历宏环u_i1内路径p_iu上的连边：

若连边已经被其他移动机器人占有，则判定路径p_i为不安全；

若连边未被其他移动机器人占有，则在子图上将相应连边转换为相应方向的有向边并得到第一子图，再进行判断：若集合u_i1_controller内所有移动机器人在第一子图中均能够按照路径达到虚拟前进连边且子图为强连通图，则判定路径p_i为安全，同时将当前遍历的连边设置为移动机器人的虚拟前进边；否则，重复步骤d2-3直至所有连边均遍历完成；

d2-4. 若宏环u_i2的容量大于0且p_ibub上不存在与当前移动机器人相反方向移动的机器人，则判定路径p_i为安全，同时设p_ibub的首条边为当前移动机器人的虚拟前进边；否则，判定路径p_i为不安全；

d3. 路径p_ib不为空，则采用如下步骤继续进行的判定：

d3-1. 若宏环u_i1的容量小于1，则判定路径p_i为不安全；否则，采用后续的步骤d3-2~d3-3进行判断：

d3-2. 针对所有当前处于桥边的移动机器人，将移动机器人当前连边前方首节点作为源点，以路径上最近的宏环作为目标点，构成二元组集合b_controller；

d3-3. 基于压缩宏环图CMG，判断二元组集合b_controller中所有的二元组能否按照任意顺序完成配对关系，完成配对关系的定义为：每个二元组的源点能够与其他二元组无交互地到达对应的目标点：若不能，则判定路径p_i为不安全；否则，采用步骤d2中对于路径p_iu的判定方法，对路径p_iu进行判定；

e. 采用如下规则给移动机器人下达下一步的控制指令：

将第一个被判定为安全的路径p_i直接分配给移动机器人，作为下一步的控制指令；

若所有路径都被判定为不安全，则移动机器人暂停移动，直至收到下一步的控制指令；

S5. 重复步骤S3~S4，完成待调度区域内多移动机器人的调度。