基于智能分拣流水线的多机器人任务分配方法
阅读说明：本技术 基于智能分拣流水线的多机器人任务分配方法 (Multi-robot task allocation method based on intelligent sorting assembly line ) 是由 董红召 廖世凯 方浩杰 王桢 余滔滔 张利强 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：基于智能分拣流水线的多机器人任务分配方法,从分拣流水线速度偏慢和机器人利用率不高的实际情形出发,首先划分工作区和重叠区,提高空间利用率和压缩机器人等待时间,然后利用机器人工作状态和物品实时分拣状况来调整流水线速度,实现机器人的高利用率和最大工作效率；同时考虑机器人的运行状态对分配过程的影响,当机器人出现故障时自动跳过故障机器人,而不会影响分配过程。本发明划分机器人的工作区和重叠区,提高了空间利用率,机器人等待时间减少,单位时间内处理的物品更多,提高了工作效率。(The multi-robot task allocation method based on the intelligent sorting assembly line is based on the practical situation that the speed of the sorting assembly line is slow and the utilization rate of a robot is low, firstly, a working area and an overlapping area are divided, the space utilization rate is improved, the waiting time of the robot is shortened, then, the speed of the assembly line is adjusted by utilizing the working state of the robot and the real-time sorting condition of articles, and the high utilization rate and the maximum working efficiency of the robot are realized; meanwhile, the influence of the running state of the robot on the distribution process is considered, and when the robot breaks down, the broken-down robot is automatically skipped without influencing the distribution process. The invention divides the working area and the overlapping area of the robot, improves the space utilization rate, reduces the waiting time of the robot, processes more articles in unit time and improves the working efficiency.)
技术领域
本发明涉及机器人分拣技术领域。特别是涉及一种基于智能分拣流水线的多机器人任务分配方法。
背景技术
随着机器人技术的日渐成熟，多个机器人在流水线上分工协作自动分拣已成为现实。为了实现多机器人协同工作，必须对机器人进行合理任务分配，使机器人不发生任务冲突，提高工作效率。
现有的方案都是在静态分配任务时机器人按任务列表垂直分配，待目标物进入机器人工作区后进行抓取。这种方案未考虑机器人工作属性和环境数据的交互，没有提高分配效率；各工作区互不干涉，浪费空间资源；在机器人动态运行中，未能通过机器人的运行状态做出分配策略调整和环境数据的改变。现有分配方法未考虑机器人工作状态与目标物运动时间的关系，未利用机器人协作属性提高空间资源利用率，未考虑机器人运行故障时对分配策略的影响和不能动态调整流水线速度来提高机器人利用率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出了一种基于智能分拣流水线的多机器人任务分配方法，将流水线速度、不同工作区属性与机器人工作状态相匹配，对机器人进行任务分配，同时根据机器人的运行状态、漏检信号和故障信号实现流水线速度控制及故障应急措施，保证现场任务的高效率完成。
本发明通过以下技术方案实现：
一种多机器人任务分配方法，假设有i(i＝1，2，3，…,N)个机器人，每个机器人对应工作区j(j＝1，2，3，…,n)且相邻两个机器人的工作区有重叠区，每个工作区和重叠区的长度均相等，包括如下步骤：
1.分拣控制单元获得目标物信息：对传送带上的物品完成视觉识别，获得物体的种类和位姿信息，储存在待抓取序列中；
2.从待抓取序列中提取一个目标信息桢，更新当前时刻tnow；
3.更新当前传送带速度值v；
4.获取机器人1运行状态：分拣控制单元获取机器人1的故障信号，若未接收到，进入步骤5，若接收到，判断机器人2运行状态，以此类推，若运行状态全部不正常，则进入步骤13；
5.获取物品到达重叠区时刻时机器人1的工作状态：计算出物品到达重叠区时刻t1，若物品在到达重叠区时刻前机器人工作状态为闲或由忙置为闲，则此任务分配给机器人1，进入步骤12，反之进入步骤6；
其中，
t1＝x0/v (1)
t1为物品到达重叠区时刻，
x0是物品运动到工作区1前的距离；
6.获取物品到达重叠区时刻时机器人2的工作状态：若物品到达重叠区时刻机器人2的工作状态为闲，则分配给机器人2，进入步骤12，反之则进入步骤7；
7.获取物品到达重叠区中间时刻t2时机器人1的工作状态：若物品到达重叠区中间时刻时机器人1的工作状态为闲，则判断机器人2的已有任务是否在重叠区，若不在，则分配给机器人1，进入步骤12；反之对比两任务空间和时间上的轨迹是否干涉，若不干涉，则分配给机器人1，进入步骤12；若干涉，则进入步骤8；
其中，
t2＝t1+(xw+xp/2)/v (2)
t2为物品到达重叠区中间时刻，
xw为机器人工作区的距离，
xp为机器人1、2重叠区的距离；
8.获取物品到达重叠区中间时刻时机器人2的工作状态：若机器人2的工作状态为闲，则判断机器人1已有任务是否在重叠区，若不在，则分配给机器人2，进入步骤12；反之则对比两任务在时间和空间上的轨迹是否干涉，若不干涉则分配给机器人2，，进入步骤12，反之则进入步骤9；
9.判断物品离开重叠区时刻t3前机器人1工作状态是否先置为闲：若在物品离开重叠区时刻之前机器人1工作状态先置为闲，则判断机器人2已有任务是否在重叠区，若不在，则任务分配给机器人1，进入步骤12；反之对比两任务轨迹在时间和空间上是否干涉，如不干涉，分配给机器人1，进入步骤12；若干涉则进入步骤10；
其中，
t3为物品离开重叠区时刻；
10.在工作区2到工作区n上重复执行步骤4至步骤9，直至分配给某一机器人，进入步骤12；若离开工作区n时机器人N工作状态仍为忙，则进入步骤11；
11.改变传送带速度值重新分配：增大传送带速度值，回到步骤3更新传送带速度值并将此时刻和速度值作为漏检信号发送给变频器控制模块；
12.程序终止条件判断：获取待抓取序列中的信息，若不为空，则进入步骤2；若为空，进入步骤13；
13.程序结束。
本发明从分拣流水线速度偏慢和机器人利用率不高的实际情形出发，首先划分工作区和重叠区，提高空间利用率和压缩机器人等待时间，然后利用机器人工作状态和物品实时分拣状况来调整流水线速度，实现机器人的高利用率和最大工作效率；同时考虑机器人的运行状态对分配过程的影响，当机器人出现故障时自动跳过故障机器人，而不会影响分配过程。
本发明划分机器人的工作区和重叠区，提高了空间利用率，机器人等待时间减少，单位时间内处理的物品更多，提高了工作效率；
本发明利用机器人的工作状态和物品实时分拣状况来调节流水线的速度，在一个时间阈值内，机器人的工作状态闲时间大于忙时，增大传送带的速度，当存在物品未能分配情况时，发送漏检信号给综合控制器，减小传送带速度，实现动态流水线分拣工作协作平台搭建；
本发明考虑机器人的运行状态对分配过程的影响，当某一机器人出现故障时，程序自动跳过此故障机器人发送信号给综合控制器打开故障灯提醒工作人员维修，待其故障信号消失即可重新工作。
本发明的优点是：提供一种基于智能分拣流水线的多机器人任务分配方法，提高机器人空间利用率，机器人等待时间减少，根据物品分拣状况实时调整流水线速度，并及时处理机器人故障信号减少对分配过程的影响，提高工作效率
附图说明
图1是本发明的任务分配流程图。
图2是本发明的垃圾分拣系统总体布局图。
图3是本发明的垃圾智能分拣系统硬件图。
图4是本发明的故障模块和变频器控制模块原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。
如图1所示，一种多机器人任务分配方法，包括步骤：
1.分拣控制单元获得目标物信息：对传送带上的物品完成视觉识别，获得物体的种类和位姿信息，储存在待抓取序列中；
如图2，垃圾智能分拣系统的硬件连接图，包括工业相机，工控机(PC)，综合控制器，机器人控制器，机器人及传送带等设备组成；
如图3，图像采样区和物品分拣区依次分布在传送带上，分拣机器人采用精度高、速度快的并联机器人，各并联机器人沿传送带运动方向呈一字型排列，机器人接受控制器指令后在对应工作区和重叠区内完成抓取；
2.从待抓取序列中提取一个目标信息桢，更新当前时刻tnow；
3.更新当前传送带速度值v；
4.获取机器人1运行状态：分拣控制单元获取机器人1的故障信号，若未接收到，进入步骤5，若接收到，判断机器人2运行状态，以此类推，若运行状态全部不正常，则进入步骤13；
如图4，故障模块是机器人运行故障时，机器人控制器反馈给综合控制器，综合控制器与工控机交互，监控各机器人的运行状态，反馈给分拣控制单元，分配任务时接收到机器人运行状态后不在分配给该机器人，并打开故障灯提醒工作人员维修；
5.获取物品到达重叠区时刻时机器人1的工作状态：计算出物品到达重叠区时刻t1，若物品在到达重叠区时刻前机器人工作状态为闲或由忙置为闲，则此任务分配给机器人1，进入步骤12，反之进入步骤6；
其中，
t1＝x0/v (1)
t1为物品到达重叠区时刻，
x0是物品运动到工作区1前的距离；
6.获取物品到达重叠区时刻时机器人2的工作状态：若物品到达重叠区时刻机器人2的工作状态为闲，则分配给机器人2，进入步骤12，反之则进入步骤7；
7.获取物品到达重叠区中间时刻t2时机器人1的工作状态：若物品到达重叠区中间时刻时机器人1的工作状态为闲，则判断机器人2的已有任务是否在重叠区，若不在，则分配给机器人1，进入步骤12；反之对比两任务空间和时间上的轨迹是否干涉，若不干涉，则分配给机器人1，进入步骤12；若干涉，则进入步骤8；
其中，
t2＝t1+(xw+xp/2)/v (2)
t2为物品到达重叠区中间时刻，
xw为机器人工作区的距离，
xp为机器人1、2重叠区的距离；
8.获取物品到达重叠区中间时刻时机器人2的工作状态：若机器人2的工作状态为闲，则判断机器人1已有任务是否在重叠区，若不在，则分配给机器人2，进入步骤12；反之则对比两任务在时间和空间上的轨迹是否干涉，若不干涉则分配给机器人2，，进入步骤12，反之则进入步骤9；
9.判断物品离开重叠区时刻t3前机器人1工作状态是否先置为闲：若在物品离开重叠区时刻之前机器人1工作状态先置为闲，则判断机器人2已有任务是否在重叠区，若不在，则任务分配给机器人1，进入步骤12；反之对比两任务轨迹在时间和空间上是否干涉，如不干涉，分配给机器人1，进入步骤12；若干涉则进入步骤10；
其中，
t3为物品离开重叠区时刻；
10.在工作区2到工作区n上重复执行步骤4至步骤9，直至分配给某一机器人，进入步骤12；若离开工作区n时机器人N工作状态仍为忙，则进入步骤11；
11.改变传送带速度值重新分配：增大传送带速度值，回到步骤3更新传送带速度值并将此时刻和速度值作为漏检信号发送给变频器控制模块；
如图4，变频器控制模块是工控机接收到分拣控制单元传来的漏检信号时，工控机发送指令信息通过综合控制器作用域变频器实现传送带速度的增减，继而反馈给分拣控制单元直至漏检信号消失；
12.程序终止条件判断：获取待抓取序列中的信息，若不为空，则进入步骤2；若为空，进入步骤13；
13.程序结束。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
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