多医用配送机器人系统协同路径规划方法研究
发布时间：2023-10-28 20:32
利用移动机器人代替医护人员进入医院病房、手术室等区域完成物品配送工作,既能避免医护人员交叉感染的危险,又能够在一定程度上减轻医护人员繁重的工作负担。特别是2020年初新型冠状肺炎疫情蔓延之后,全国乃至世界对医用配送机器人的需求愈发迫切。对于医院繁重的任务需求,单辆机器人无法完成所有的配送任务,因此通常需要多辆机器人协助工作。如何合理地将任务分配给移动机器人、规划配送路线、提升服务效率,是医用配送机器人研究的重要技术之一。本文根据当前多医用配送机器人路径规划技术不够成熟的技术难点入手,通过对医院环境进行实地调研及医护人员日常工作内容分析,从多配送机器人系统任务分配、路径规划、碰撞避免三方面开展研究,提出了更加符合实际需求的轨迹规划方法,具体内容如下:(1)机器人工作环境建模方法研究:根据机器人所处的工作环境以及机器人运动的特点,选用Petri网对工作环境建模,并结合Petri网的结构特性提出一种通用性的环境建模方法,为后续的研究工作奠定了基础。(2)静态环境下带时间窗的多机器人全局协同路径规划方法研究:针对环境信息确定的静态工作环境,提出了一种整数线性规划方法从全局规划的层面求解多机器人...
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
缩略语对照表
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 机器人相关技术国内外研究现状
1.2.1 移动机器人国内外研究现状
1.2.2 医用配送机器人国内外研究现状
1.2.3 移动机器人关键技术国内外研究现状
1.2.4 多机器人系统协同工作国内外研究现状
1.3 论文研究内容及安排
2 多医用配送机器人系统总体框架设计
2.1 单医用配送机器人总体框架设计
2.2 多医用配送机器人控制系统总体架构
2.2.1 多医用配送机器人系统特点
2.2.2 多医用配送机器人系统总体架构
2.2.3 多医用配送机器人系统协同路径规划问题
2.3 本章小结
3 配送机器人工作环境的模型建立
3.1 机器人工作环境常用建模方法
3.2 Petri网基本知识
3.2.1 Petri网建模规则
3.2.2 Petri网的基本定义
3.2.3 Petri网性质
3.2.4 Petri网的常用分析方法
3.3 基于Petri网的机器人工作环境建模
3.4 本章小结
4 静态环境下带时间窗约束的多配送机器人路径规划及冲撞避免策略
4.1 带时间窗路径规划问题描述
4.1.1 问题描述
4.1.2 配送任务描述
4.2 数学模型建立
4.2.1 基本假设
4.2.2 参变量定义
4.2.3 数学模型建立
4.3 基于Petri网的多机器人任务调度及路径规划算法
4.3.1 轨迹约束的转化
4.3.2 时间窗及容量约束的提出
4.3.3 整数线性规划模型的提出
4.4 仿真实验
4.5 基于Petri网的冲撞避免控制
4.5.1 冲撞产生情况描述
4.5.2 基于GMEC的冲撞避免策略设计
4.6 本章小结
5 动态环境下多配送机器人实时路径规划及冲撞避免策略
5.1 问题描述
5.2 基于滚动时域的实时在线路径规划策略
5.2.1 时间冲突产生原因
5.2.2 相关参数设定
5.2.3 实时在线路径规划策略
5.3 实时冲突避免策略
5.4 动态环境下实时路径规划策略
5.5 本章小结
6 针对某医院的多配送机器人系统协同路径规划方法验证
6.1 医院环境描述及建模
6.1.1 医院环境概述
6.1.2 基于Petri网的医院环境建模
6.2 医院环境特点以及日常任务流程
6.2.1 医院环境动态特点
6.2.2 日常配送任务流程
6.3 仿真实验
6.3.1 仿真实验参数设置
6.3.2 仿真结果分析
6.4 本章小结
7 总结与展望
7.1 研究总结
7.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文目录
附录A: 静态环境多机协同路径规划方法仿真MATLAB程序
附录B: 医院环境多机协同路径规划方法仿真MATLAB程序
本文编号：3857730
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
缩略语对照表
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 机器人相关技术国内外研究现状
1.2.1 移动机器人国内外研究现状
1.2.2 医用配送机器人国内外研究现状
1.2.3 移动机器人关键技术国内外研究现状
1.2.4 多机器人系统协同工作国内外研究现状
1.3 论文研究内容及安排
2 多医用配送机器人系统总体框架设计
2.1 单医用配送机器人总体框架设计
2.2 多医用配送机器人控制系统总体架构
2.2.1 多医用配送机器人系统特点
2.2.2 多医用配送机器人系统总体架构
2.2.3 多医用配送机器人系统协同路径规划问题
2.3 本章小结
3 配送机器人工作环境的模型建立
3.1 机器人工作环境常用建模方法
3.2 Petri网基本知识
3.2.1 Petri网建模规则
3.2.2 Petri网的基本定义
3.2.3 Petri网性质
3.2.4 Petri网的常用分析方法
3.3 基于Petri网的机器人工作环境建模
3.4 本章小结
4 静态环境下带时间窗约束的多配送机器人路径规划及冲撞避免策略
4.1 带时间窗路径规划问题描述
4.1.1 问题描述
4.1.2 配送任务描述
4.2 数学模型建立
4.2.1 基本假设
4.2.2 参变量定义
4.2.3 数学模型建立
4.3 基于Petri网的多机器人任务调度及路径规划算法
4.3.1 轨迹约束的转化
4.3.2 时间窗及容量约束的提出
4.3.3 整数线性规划模型的提出
4.4 仿真实验
4.5 基于Petri网的冲撞避免控制
4.5.1 冲撞产生情况描述
4.5.2 基于GMEC的冲撞避免策略设计
4.6 本章小结
5 动态环境下多配送机器人实时路径规划及冲撞避免策略
5.1 问题描述
5.2 基于滚动时域的实时在线路径规划策略
5.2.1 时间冲突产生原因
5.2.2 相关参数设定
5.2.3 实时在线路径规划策略
5.3 实时冲突避免策略
5.4 动态环境下实时路径规划策略
5.5 本章小结
6 针对某医院的多配送机器人系统协同路径规划方法验证
6.1 医院环境描述及建模
6.1.1 医院环境概述
6.1.2 基于Petri网的医院环境建模
6.2 医院环境特点以及日常任务流程
6.2.1 医院环境动态特点
6.2.2 日常配送任务流程
6.3 仿真实验
6.3.1 仿真实验参数设置
6.3.2 仿真结果分析
6.4 本章小结
7 总结与展望
7.1 研究总结
7.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文目录
附录A: 静态环境多机协同路径规划方法仿真MATLAB程序
附录B: 医院环境多机协同路径规划方法仿真MATLAB程序
本文编号：3857730
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