【摘 要】
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随着人们对智能制造相关技术的大力研发和投入以及“中国制造2025”的实施,智能制造的发展和进步已经逐渐体现在人们生活的各个方面,以移动机器人为代表的相关智能产品在工业自动化、智能工厂及配送等领域普遍可见。机器人的工作能力逐渐提高,实际执行的任务也逐渐变得繁杂,单个机器人已难以实现现实的任务目标,因此多机器人协作完成复杂任务逐渐成为趋势,甚至在很多场景下的复杂任务需要多个具有不同功能的机器人共同协作
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随着人们对智能制造相关技术的大力研发和投入以及“中国制造2025”的实施,智能制造的发展和进步已经逐渐体现在人们生活的各个方面,以移动机器人为代表的相关智能产品在工业自动化、智能工厂及配送等领域普遍可见。机器人的工作能力逐渐提高,实际执行的任务也逐渐变得繁杂,单个机器人已难以实现现实的任务目标,因此多机器人协作完成复杂任务逐渐成为趋势,甚至在很多场景下的复杂任务需要多个具有不同功能的机器人共同协作完成。实际的生产或配送任务往往具有时效性,多机器人系统完成复杂任务不仅需要规划机器人的无冲突最优轨迹,而且需要准时到达任务区域。为解决这类带时间窗的复杂任务多机器人系统路径规划问题,本文将复杂任务划分为专属任务、协同任务、公共任务,并从多机器人系统任务分配、路径规划、冲突避免及软件仿真四个方面展开研究,提出了更加符合实际需求的多机器人轨迹规划方法。本文具体内容如下:（1）构建多机器人实际运行环境的方法研究:首先将多机器人系统已知的静态环境离散化,其次结合多机器人在相邻区域之间的移动特点,利用赋时着色Petri网的特点构建包含多类型机器人的系统模型,不仅能够清晰地表达环境信息而且适用于大多数环境。该方法不仅能满足复杂任务的时效性,而且为后续研究工作奠定了基础。（2）带时间窗的复杂任务多机器人系统全局协同路径规划方法研究:针对环境信息确定的多机器人系统,提出了一种混合整数线性规划方法,从全局规划层面求解不同类型机器人的路径规划问题。结合赋时着色Petri网的结构特性,该方法将复杂任务转化为一系列的线性约束,能够合理地规划不同种类机器人完成复杂任务的距离最短路径。（3）带时间窗约束的复杂任务多机器人系统冲突消解策略研究:针对多个机器人在同一时刻同一区域可能发生的冲突的问题,提出了一种基于启发式算法的冲突消解策略。通过对冲突路径进行时间调度实现冲突消解,若不存在可调度路径,则进一步求解新的路径;若新的路径仍然存在冲突,则重复上述迭代步骤,直到找到新的无冲突路径。最终,本文通过实例验证了所提方法不仅能够在满足系统复杂任务和时间窗约束的前提下规划出最优路径,而且能够有效地避免冲突的发生。（4）基于Anylogic软件的路径仿真对比:为了进一步验证上述所提方法的有效性,本文利用虚拟仿真软件Anylogic对所得路径进行模拟仿真。通过对比冲突消解前后不同类型机器人到达任务点时间的理论计算数据和软件仿真数据之间的误差（0.06%和0.41%以内）,不同类型机器人行驶路径长度的理论计算数据和软件仿真数据之间的误差（0.19%和0.41%以内）,证明了所提的方法是可信的且计算上可行。综上所述,本文提出的路径规划方法有助于多个不同种类机器人完成全局复杂任务,并且准时高效。当机器人之间发生冲突时,本文所提策略能够进行有效避免,有助于保证实际生产或配送的安全性和可靠性。
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