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行业发展

集群调度:未来移动机器人规模化应用的主流趋势

在很多场景下,我们需要同时用到多台移动机器人,如何协调多台移动机器人安全、有序运行并获得最佳的整体效能(如时间最短、能耗最低),这就牵涉到移动机器人的调度问题。

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发布于 5个月前 阅读:403

       在很多场景下,我们需要同时用到多台移动机器人,如何协调多台移动机器人安全、有序运行并获得最佳的整体效能(如时间最短、能耗最低),这就牵涉到移动机器人的调度问题。移动机器人集群调度是指挥协调多台移动机器人在一定的空间范围内有条不紊地执行特定的工作任务,其目的是达到机器人集群整体上的性能最优。从算法学理论来讲,移动机器人的调度问题是具有NP-hardness复杂度的时变优化问题,该问题的特点是多变量、多目标、时变约束。

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       自然界的协同调度往往是自发进行的,依靠个体的简单规则形成复杂的整体行为,这被称为群体智能的涌现,比如鱼群、鸟群、蚁群等都是典型的例子。人工的调度系统也比较常见,如无人机编队飞控系统、道路交通指挥系统等。

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       移动机器人调度一般分为两个阶段进行,即任务分配和路径规划。

       分配方式主要有集中式分配和分布式分配。集中式分配是指通过中央控制器根据机器人和目标任务的信息对任务进行计算后分配给各个机器人去执行,其优点是可以实现任务的最优分配,但随着机器人和任务数量的增多,对中央控制器的运算能力有较高的要求,而且整个系统完全依赖中央控制器,一旦中央控制器失效,则整个机器人系统陷入瘫痪状态。经典的集中式分配算法有匈牙利算法、蚁群算法和遗传算法等。分布式分配相比集中式分配不再依赖中央控制器的调度,而是由系统中每个机器人自身决策执行哪个任务,避免了整个系统出现失效的情况。分布式分配中最典型的是基于市场机制的拍卖法分配。

       路径规划是机器人导航的核心技术,本质上要解决的问题是机器人如何从起点无碰撞地运动到目标点。对多机器人来说,多个机器人协同完成多个相同任务时,还要考虑多机器人间可能会发生的碰撞。路径规划的算法一般分为传统算法(如人工势场法)、基于图形学的算法(如栅格法、可视图法)、启发式算法(如A*算法、D*算法、Dijkstra算法)和群体仿生学算法(如蚁群算法、鸟群算法)。

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       移动机器人调度问题很有理论深度,所以吸引了大批的学者,他们从不同的角度探讨这个问题,提出了多种调度方法,但是,理论研究的成果获得落地应用的还相当少。在产业界,虽然目前从事移动机器人行业的企业很多,但是具有自主调度系统的企业并不多,而能够真正把调度系统优化的很好、能够最高效率地利用的企业更是屈指可数,可见,机器人集群调度仍是当前机器人应用领域未完全解决的技术难点。

       从市场层面来看,作为机器人行业的细分市场之一,机器人调度软件目前的市场规模偏小,尚未形成产业集群,与潜在的市场规模不相称。究其原因,一是现阶段移动机器人的使用量还远远不够,很难形成机器人规模化应用的场景,导致对调度软件的需求不足;二是现有机器人调度软件针对小规模、单任务、固定场景而设计,当需要处理大规模、多任务、动态场景的调问题度时往往存在这样或那样的问题;三是高性能调度软件的投用在提高作业效率的同时,势必减少移动机器人的装机数量,导致移动机器人厂商研发高性能调度软件的意愿不强。

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他很懒,什么都没有留下~