一种物流机器人集群分簇控制方法

本发明属于物流机器人领域，涉及一种物流机器人集群分簇控制方法。

背景技术：

1、物流机器人在大型仓储中得到了大量使用，这提高了物流效率和降低了人力成本，但现有的物流机器人集群控制方法也存在一些问题。以下是可能遇到的一些关键问题：

2、1.通信与协调问题：物流机器人集群中，机器人之间以及机器人与中央控制系统之间的通信至关重要。然而，随着机器人数量的增加，通信的复杂性和难度也随之上升。可能会出现信号干扰、通信延迟和数据传输错误等问题，从而影响整个系统的稳定性和效率。

3、2.路径规划与冲突避免：在大型仓储环境中，机器人需要频繁地移动以完成各种任务。因此，路径规划和冲突避免成为关键问题。现有的路径规划算法可能无法有效处理大量机器人同时移动的情况，导致路径冲突、机器人拥堵和效率下降。

4、3.任务分配与优化：物流机器人集群需要处理各种复杂的任务，如货物搬运、分类、存储等。现有的任务分配算法可能无法实现任务的最优分配，导致某些机器人负载过重，而其他机器人则处于闲置状态。这种不均衡的任务分配会降低整个系统的效率。

5、4.机器人的智能性：现有的物流机器人集群控制方法通常依赖于预设的规则和算法。然而，在实际应用中，仓储环境可能会发生变化，如货物摆放位置的变化、新障碍物的出现等。这些变化可能会使预设的规则和算法失效，需要机器人具备一定的智能性来适应这些变化。

6、5.系统可靠性与维护：随着物流机器人集群规模的扩大，系统的可靠性和维护性也面临挑战。一旦某个机器人出现故障或需要维护，可能会影响整个系统的运行。因此，需要设计高可靠性的系统和有效的维护策略来确保物流机器人集群的稳定运行。

7、为了解决上述问题，研究者们正在不断探索新的物流机器人集群控制方法和技术，如增强学习、深度学习、群体智能等。这些新技术有望为物流机器人集群控制带来更多的可能性和创新。对物流机器人的往返作业进行集群管理可以减少避让，提高搬运效率。

8、针对物流机器人集群控制问题，目前物流机器人管理方法未对物流机器人进行分簇，集群中机器人数量较少。物流机器人需要配备成本较高的定位系统，获取定位信息和物流机器人之间的相对位置，方法复杂，成本高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种物流机器人分簇集群管理方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种物流机器人集群分簇控制方法，包括以下步骤：

4、s1：机器人分簇集群控制中心获取集群信息；

5、s2：集群根簇首和叶簇首完成簇形成过程；

6、s3：簇首保存簇成员的簇路由信息；

7、s4：集群叶簇加入集群；

8、s5：簇首保存集群的簇间路由信息；

9、s6：调整二跳簇成员节点位置；

10、s7：簇首保存二跳簇成员簇路由信息；

11、s8：集群成员节点计算相对于集群根簇首的坐标；

12、s9：集群成员节点运动到坐标位置；

13、s10：所有机器人加入集群后，集群开始集群整体运动；

14、s11：集群整体运动到集群运动终点位置附近，集群解散；

15、s12：集群簇首运动到后向运动起点位置，发起反向集群形成过程；

16、s13：所有机器人加入反向集群后，集群开始整体反向运动；

17、s14：集群整体运动到反向运动终点位置附近，集群解散；

18、s15：所有机器人回到初始位置，单次机器人集群管理完成。

19、进一步，机器人分簇集群由一个集群根簇和若干叶簇构成，具体包括：集群簇首，叶簇首，二跳簇首，簇成员；二跳簇首为在集群形成过程中新增加的簇首，同时也为簇成员；集群根簇首表示为idr(0)，集群叶簇首表示为idc(cj)，j∈[1,nc]，簇成员表示为idm(mk)，k∈[1,n-nc]；

20、簇成员节点与簇首间的通信通过有向通信模块完成，有向通信模块在接收信息时能够计算出信息发送节点与信号接收节点的方位信息；分簇集群中的节点采用动态分级标识。

21、进一步，所述分簇集群中的节点采用动态分级标识，具体包括：

22、集群簇首id|簇首id|簇成员id串联对分簇集群中的节点进行标识；在不同的状态节点标识会被改写；未加入簇时，节点标识为0x00|0x00|idm(mk)；已加入簇时节点标识0x00|idc(cj)|idm(mk)；已加入集群的节点标识为idr(0)|idc(cj)|idm(mk)。

23、进一步，步骤s2所述集群根簇首和叶簇首完成簇形成过程，具体包括：

24、s201：待入簇节点接收成簇消息，具体包括：

25、待加入簇首0x00|idc(cj)|0x00的簇成员0x00|0x00|idm(mk)通过有向通信装置idm(mk)|p(i2)接收到成簇消息后；

26、s202：待入簇节点运动簇首指定的位置，具体包括：

27、0x00|0x00|idm(mk)运动到idm(mk)|p(i2)通信模块与簇首idc(cj)|p(i1)通信模块正对，且距离为distc的位置；

28、s203：簇成员节点向簇首发送簇加入请求信息，具体包括：

29、簇成员节点0x00|0x00|idm(mk)向簇首0x00|idc(cj)|0x00发送簇加入请求信息；簇加入请求信息包含：集群簇首，叶簇首，簇成员，簇加入请求命令号；此时集群簇首取值0，叶簇首取值0，簇成员取值idm(mk)，簇加入请求命令号取值1；

30、s204：簇首发送簇加入确认信息，具体包括：

31、簇首0x00|idc(cj)|0x00接收到簇成员0x00|0x00|idm(mk)簇加入请求信息后，发送簇加入确认信息；簇加入确认信息包含集群簇首，叶簇首，簇成员，簇加入确认命令号，簇首端口1，簇首端口2；此时集群簇首取值0，簇首取值idc(cj)，簇成员取值idm(mk)，簇加入确认命令号取值2，簇首端口1取值不定，簇首端口2取值15；

32、s205：簇成员节点更新id，具体包括：

33、0x00|0x00|idm(mk)加入簇后将节点id更新为0x00|idc(cj)|idm(mk)。

34、进一步，步骤s4所述集群叶簇加入集群，具体包括：

35、s401：集群簇首和已经加入集群的簇首广播集群形成信息，具体包括：

36、集群簇首和已经加入集群的簇首统一表示为idr(0)|idc(cj1)|0x00，通过簇成员广播集群形成信息；集群形成信息包含：集群簇首，叶簇首，集群形成命令号；此时集群簇首取值idr(0)，叶簇首取值idc(cj1)，集群形成命令号取值3；

37、s402：叶簇首向已加入集群叶簇首方向移动，具体包括：叶簇首0x00|idc(cj2)|0x00向已加入集群叶簇首idr(0)|idc(cj1)|0x00坐标方向移动；

38、s403：单个叶簇成员同时接收到2条集群形成信息，具体包括：簇成员0x00|idc(cj2)|idm(mk)，同时通过idr(0)|idc(cj1)|idm(mk1)和idr(0)|idc(cj1)|idm(mk2)接收到idr(0)|idc(cj1)|0x00的集群形成信息后，停止移动；

39、s404：叶簇成员节点向叶簇首发送集群发现信息，具体包括：叶簇成员节点0x00|idc(cj2)|idm(k)向叶簇首0x00|idc(cj2)|0x00发送集群发现信息；集群发现信息包含：集群簇首，叶簇首，簇成员，集群发现命令号；此时集群簇首取值idr(0)，簇首取值idc(cj2)，簇成员取值idm(mk))，集群发现命令号取值4；

40、s405：叶簇停止运动，具体包括：叶簇首0x00|idc(cj2)|0x00接收到集群发现命令后，停止运动，并向簇内其他节点发送运动运动信息，簇停止运动；

41、s406：叶簇首发送集群加入请求信息，具体包括：叶簇首0x00|idc(cj2)|0x00顺时针选择0x00|idc(cj2)|idm(k)的相邻端口idm(k)|p(i1)或者idm(k)|p(i2)，向已加入集群簇首idr(0)|idc(cj1)|0x00发送集群加入请求信息；集群加入请求信息包括：集群簇首，叶簇首，集群加入请求命令号；此时集群簇首取值idr(0)，叶簇首取值idc(cj2)，集群加入请求命令号取值5；

42、s407：已加入集群簇首发送集群加入确认信息，具体包括：idr(0)|idc(cj1)|0x00同意簇首0x00|idc(cj2)|0x00加入时，发送集群加入确认信息；集群加入确认信息包括：集群簇首，叶簇首，集群加入确认命令号，父簇首，簇路由父端口1，簇路由父端口2，父簇首相对坐标；此时集群簇首取值idr(0)，叶簇首取值idc(cj2)，集群加入确认命令号取值6，父簇首取值idc(cj1)，其余值根据情况决定；

43、s408：叶簇标识变更，具体包括：叶簇首0x00|idc(cj2)|0x00接收到集群加入确认信息后，将标识变更为idr(0)|idc(cj2)|0x00，通知叶簇成员将标识更改为idr(0)|idc(cj2)|idm(mk)。

44、进一步，步骤s6中，位置被占用的叶簇成员节点调整为二跳簇成员节点，具体包括：

45、待调整为二跳节点的机器人节点idr(0)|idc(cj2)|idm(mk2)，移动到簇内1跳簇成员idr(0)|idc(cj2)|idm(mk1)的通信范围内，向1跳节点发送二跳入簇信息；

46、二跳入簇信息包括：集群簇首，叶簇首，二跳簇成员节点，二跳入簇请求命令号；此时集群簇首取值idr(0)，叶簇首取值idc(cj2)，二跳簇节点取值idm(mk2)，二跳入簇请求命令号取值7；

47、二跳簇首idr(0)|idc(cj2)|idm(mk1)接收到二跳入簇信息，向idr(0)|idc(cj2)|idm(mk2)发送二跳入簇确认消息；

48、二跳入簇确认消息包括：集群簇首，二跳簇首，二跳簇成员节点，二跳入簇确认命令号，二跳簇路由；其中集群簇首取值idr(0)，二跳簇首取值idm(mk1)，二跳簇成员节点取值idm(mk2)，二跳入簇确认命令号取值8，二跳簇路由取值父1端口，父2端口；

49、二跳簇成员0x00|idc(cj2)|idm(k2)接收到二跳入簇确认命令后，二跳路由的标识更新为idr(0)|idm(mk1)|idm(k2)。

50、进一步，步骤s7所述簇首保存二跳簇成员簇路由信息，具体包括：父簇首id，父1端口，父2端口，二跳成员id；

51、叶簇首idr(0)|idc(cj2)|0x00调整位姿，使得叶簇首前进方向与已加入集群簇首idr(0)|idc(cj1)|0x00运动方向一致；

52、叶簇首idr(0)|idc(cj2)|0x00其他成员节点idr(0)|idc(cj2)|idm(mk)调整与叶簇首idr(0)|idc(cj2)|0x00的位置；

53、加入集群后的叶簇成员节点，以新的标识广播集群形成信息。

54、进一步，步骤s8所述集群成员节点计算相对于集群根簇首的坐标，具体包括：

55、s81：簇成员节点计算相对于簇首的坐标，具体包括：

56、簇成员节点0x00|idc(cj)|idm(mk)计算簇成员的相对坐标，簇路由中idm(mk)的簇首端口idc(cj)|p(pi)＝2或4时：

57、

58、簇路由中idm(mk)的簇首端口idc(cj)|p(pi)＝1或3时

59、

60、s82：计算叶簇首idr(0)|idc(cj2)|0x00相对坐标，具体包括：

61、叶簇首路由中父簇idc(cj1)端口1为2，父簇idc(cj1)端口2为1时，子簇首idc(cj2)相对坐标计算公式为公式(3)：

62、

63、叶簇首路由中父簇idc(cj1)端口1为3，父簇idc(cj1)端口2为2时，子簇idc(cj2)相对坐标计算公式为公式(4)；

64、

65、叶簇首路由中父簇idc(cj1)端口1为4，父簇idc(cj1)端口2为3时，子簇idc(cj2)相对坐标计算公式为公式(5)；

66、

67、叶簇首路由中父簇idc(cj1)端口1为1，父簇idc(cj1)端口2为4时，子簇idc(cj2)相对坐标计算公式为公式(6)；

68、

69、s83：二跳簇成员相对坐标由簇路由计算，具体包括：

70、簇路由中idm(mk2)的父簇端口1变更为1或者3时，二跳簇成员相对坐标，由公式(7)计算：

71、

72、簇路由中idm(mk2)的父簇端口1变更为2或者4时，二跳簇成员相对坐标，由公式(8)计算；

73、

74、进一步，步骤s10所述所有机器人加入集群后，集群开始集群整体前向运动，具体包括：

75、集群簇首发送集群运动消息，集群移动消息包括：集群簇首，叶簇首，集群运动消息号，命令信息；其中集群簇首取值idr(0)，叶簇首取值idc(cj)，集群运动消息号取值9，命令信息包含集群移动速度，集群移动开始时间；

76、集群中叶簇首接收到集群运动消息，向下级叶簇转发；最后一级叶簇首接收到集群移动命令后，向父簇首发送反馈信息，直到到达集群簇首；

77、集群移动反馈信息消息包括：集群簇首，叶簇首，集群移动命令号，命令信息；其中集群簇首取值idr(0)，叶簇首取值idc(cj)，集群移动命令号取值10，命令信息包含集群移动速度，集群移动开始时间；

78、叶簇首向簇成员转发运动信息；

79、集群簇首接收到反馈后，在集群移动开始时间启动向集群目的点移动。

80、进一步，所述反向集群形成过程，具体包括：

81、集群簇首运动到集群反向运动起点；

82、集群簇首和叶簇首及其簇成员根据保存的相对坐标，运动到对应位置完成再次成簇；

83、再次成簇时，更新簇路由中所有端口号，端口号更新公式为公式(9)；

84、p(pi)＝mod(p(pi)+2)                              (9)

85、集群簇首发起反向集群形成过程；

86、再次形成集群时簇间路由中所有端口号需要更新，端口号更新公式为公式(9)。

87、本发明的有益效果在于：本发明通过将物流机器人集群进行分簇管理，提高了物流机器人管理的效率和精度，降低了成本。

88、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。