课题基金 / 基金详情

基于Petri网的异构多机器人系统任务和路径组合规划

批准号:
62103039
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨妍
依托单位:
学科分类:
机器人学与智能系统
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨妍

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
多机器人系统在智能制造、搜索救援及运输物流等国防、工业、社会服务诸多领域的应用呈现高速增长的态势,具有广泛的应用前景。现有的多机器人系统任务和路径规划方法只能处理特定条件下的简单任务,难以处理存在多种约束的复杂任务场景下的规划问题。因此,本项目针对复杂任务场景,建立包含复杂任务、异构多机器人系统和多种约束的统一可扩展赋时-颜色Petri网模型,并设计基于事件域模型和图神经网络的任务和路径组合规划算法,实现任务目标的合理分配及执行任务过程中的路径优化。统筹考虑系统资源不足、复杂环境以及任务限制等约束导致的死锁问题,设计多机器人系统死锁避免规划策略,提高系统处理多约束问题的能力。最后,搭建仿真和实验平台验证模型和算法的有效性。项目研究将进一步发展离散事件系统监督控制理论和多机器人系统任务和路径规划方法,为推动异构多机器人系统在实际复杂任务场景中的应用提供关键技术支撑。
英文摘要
In fields of national defense, industry, and social services, such as intelligent manufacturing, search and rescue, transportation, and logistics, the applications of multi-robot systems show a rapid growth trend and a wide range of application prospects. However, the existing methods for task-planning and path-planning in multi-robot systems can only handle simple tasks, which is challenging to deal with the planning problems in complex task scenarios. Therefore, this proposal focuses on developing a unified framework of task and path planning for complex tasks. Specifically, complex tasks and heterogeneous multi-robot systems will be modeled with Timed Colored Petri Net (TCPN). Based on their TCPNs, a combined task and path planning scheme will be developed via graph neural network and deep reinforcement learning, thus realizing the task assignment and path optimization in the mission process. Considering multiple constraints including resource limits, complex environment, and task sequence, deadlock avoidance methods are proposed when performing task and path planning, thus improving the ability to deal with multiple constraints. Finally, simulation and experimental platforms are developed to verify the effectiveness of the proposed planning method. This research will make further development for supervisory control theory of discrete event systems and the task-planning and path-planning methods in multi-robot systems, consequently providing key technical support for the application of heterogeneous multi-robot systems in actual complex tasks scenarios.
多机器人系统在智能制造、搜索救援、运输物流等国防、工业和社会服务领域展现出快速发展的趋势,具有广阔的应用前景。然而,当前的多机器人系统任务和路径规划方法仅能应对特定条件下的简单任务,难以有效解决存在多种约束的复杂任务场景中的规划问题。因此,本项目针对复杂任务场景下的异构多机器人系统,建立了基于建立了复杂任务约束下基于Petri网模型和时序逻辑的多机器人系统混合模型;进一步构建了基于可满足性模理论的任务分配模型,设计了离散-连续两阶段规划策略,提出了基于时序逻辑和Neural RRT*的规划算法,极大增强了多机器人系统在复杂任务和环境下的路径规划能力;然后,提出了引起多机器人系统死锁的两类Petri网结构,设计了多机器人系统死锁避免规划策略,有效解决了多机器人系统在复杂任务场景中的死锁问题。本项目的研究成果将为异构多机器人系统在实际复杂任务场景中的应用提供关键技术支撑,推动多机器人系统在国防、工业和社会服务等领域的应用。在本项目的支持下,申请人在国内外控制和机器人领域的重要期刊和会议上发表标注本项目基金号的论文共计12篇,其中SCI期刊论文7篇,EI期刊论文3篇,申请国家发明专利2项。
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