一种基于时间窗口的机器人巡检规划方法和装置、电子设备

技术领域

本发明涉及智能硬件技术领域，尤其涉及一种基于时间窗口的机器人巡检规划作方法和装置、电子设备。

背景技术

机器人巡检规划问题本质是一个成本问题，通过最小化巡检时间或最小化巡检路程来求解巡检规划结果。

在一些巡检场景下，每个巡检任务的巡检时间不受限制，还有一些巡检场景下，每个巡检任务都会有最晚执行时间的限制，所以在求解最优巡检规划结果的时候需要保证每个巡检任务在相应的最晚执行时间之前完成。值得一提的是，在部分时间敏感场景下，巡检任务的完成时间不仅要在最晚执行时间之前，还要在最早执行时间之后。

可见，如何为时间敏感巡检场景下的巡检机器人进行合理的合理的巡检规划，是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于时间窗口的机器人巡检规划方法和装置、电子设备，能够解决目前无法为时间敏感巡检场景下的巡检机器人进行巡检规划的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种基于时间窗口的机器人巡检规划方法，其中，所述方法包括：

确定机器人巡检规划参数，其中，所述巡检规划参数包括：所述机器人在起始位置的启动时间、各巡检目标的位置信息、完成各巡检任务所耗时长以及所述机器人移动速度，其中，一个所述巡检目标对应一个巡检任务；

依据所述巡检规划参数和预设的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各所述巡检任务的实际执行时间；

确定各所述巡检任务的优先级系数；

针对每个所述巡检任务，依据所述巡检任务的实际执行时间和所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定所述机器人执行所述巡检任务的偏离时间；

将各所述巡检任务对应的优先级系数、偏离时间输入预先构建的目标函数中，其中，所述目标函数指示在考虑各巡检任务优先级的情况下机器人执行全部巡检任务的偏离时间最小；

对所述目标函数进行求解，得到所述机器人的巡检规划方案，其中，所述巡检规划方案包括：各巡检任务的执行顺序。

可选地，所述依据所述巡检规划参数和预设的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各所述巡检任务的实际执行时间的步骤，包括：

基于各巡检目标的位置信息，确定各巡检目标间的距离；

基于所述机器人移动速度和各巡检目标间的距离，确定机器人从前一个巡检目标到达后一个巡检目标所耗时长；

依据完成各巡检目标所耗时长、机器人从前一个巡检目标达到后一个巡检目标所耗时长、所述机器人在初始位置的启动时间，表征各所述巡检任务的实际执行时间。

可选地，针对每个所述巡检任务，依据所述巡检任务的实际执行时间和所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定所述机器人执行所述巡检任务的偏离时间的步骤，包括：

针对每个所述巡检任务，比对所述巡检任务的实际执行时间与所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的上限值、下限值之间的大小关系；

依据所述大小关系，确定所述巡检任务的偏离时间计算公式；

基于偏离时间计算公式、所述巡检任务的实际执行时间以及所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间，计算所述机器人执行所述巡检任务的偏离时间。

可选地，依据所述大小关系，确定所述巡检任务的偏离时间计算公式的步骤，包括：

在所述巡检任务的实际执行时间大于所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的上限值的情况下，确定所述实际执行时间与所述上限值之差为所述巡检任务的偏离时间；

在所述巡检任务的实际执行时间小于所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的下限值的情况下，确定所述下限值与所述实际执行时间之差为所述巡检任务的偏离时间。

可选地，所述目标函数表征全部所述巡检任务的对应的优先级系数与偏离时间的乘积之和最小。

本发明实施例还提供了一种基于时间窗口的机器人巡检规划装置，其中，所述装置包括：

第一确定模块，用于确定机器人巡检规划参数，其中，所述巡检规划参数包括：所述机器人在起始位置的启动时间、各巡检目标的位置信息、完成各巡检任务所耗时长以及所述机器人移动速度，其中，一个所述巡检目标对应一个巡检任务；

表征模块，用于依据所述巡检规划参数和预设的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各所述巡检任务的实际执行时间；

第二确定模块，用于确定各所述巡检任务的优先级系数；

第三确定模块，用于针对每个所述巡检任务，依据所述巡检任务的实际执行时间和所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定所述机器人执行所述巡检任务的偏离时间；

输入模块，用于将各所述巡检任务对应的优先级系数、偏离时间输入预先构建的目标函数中，其中，所述目标函数指示在考虑各巡检任务优先级的情况下机器人执行全部巡检任务的偏离时间最小；

求解模块，用于对所述目标函数进行求解，得到所述机器人的巡检规划方案，其中，所述巡检规划方案包括：各巡检任务的执行顺序。

可选地，所述表征模块包括：

第一子模块，用于基于各巡检目标的位置信息，确定各巡检目标间的距离；

第二子模块，用于基于所述机器人移动速度和各巡检目标间的距离，确定机器人从前一个巡检目标到达后一个巡检目标所耗时长；

第三子模块，用于依据完成各巡检目标所耗时长、机器人从前一个巡检目标达到后一个巡检目标所耗时长、所述机器人在初始位置的启动时间，表征各所述巡检任务的实际执行时间。

可选地，所述第三确定模块包括：

第四子模块，用于针对每个所述巡检任务，比对所述巡检任务的实际执行时间与所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的上限值、下限值之间的大小关系；

第五子模块，用于依据所述大小关系，确定所述巡检任务的偏离时间计算公式；

第六子模块，用于基于偏离时间计算公式、所述巡检任务的实际执行时间以及所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间，计算所述机器人执行所述巡检任务的偏离时间。

可选地，所述第五子模块具体用于：

在所述巡检任务的实际执行时间大于所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的上限值的情况下，确定所述实际执行时间与所述上限值之差为所述巡检任务的偏离时间；

在所述巡检任务的实际执行时间小于所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的下限值的情况下，确定所述下限值与所述实际执行时间之差为所述巡检任务的偏离时间。

本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现上述任意一种基于时间窗口的机器人巡检规划方法的步骤。

本发明实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述任意一种基于时间窗口的机器人巡检规划方法的步骤。

本发明实施例提供的基于时间窗口的机器人巡检规划方案，确定机器人巡检规划参数；依据巡检规划参数和预设的巡检模块中包括的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各巡检任务的实际执行时间；确定各巡检任务的优先级系数；针对每个巡检任务，依据巡检任务的实际执行时间和巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定机器人执行巡检任务的偏离时间；将各巡检任务对应的优先级系数、偏离时间输入预先构建的巡检规划模型的目标函数中；对目标函数进行求解，得到机器人的巡检规划方案。本发明实施例提供的机器人巡检规划方法，针对时间敏感场景的特点，通过巡检规划模型进行机器人巡检规划，保证各个巡检目标的执行时间落入对应的期望任务执行时间区间内，从而得到高效、可靠的机器人巡检规划方案。

附图说明

图1是表示本申请实施例的一种基于时间窗口的机器人巡检规划方法的步骤流程图；

图2是表示本申请实施例的一种基于时间窗口的机器人巡检规划装置的结构框图；

图3是表示本申请实施例的一种电子设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的基于时间窗口的机器人巡检规划方案进行详细地说明。

如附图1所示，本申请实施例的基于时间窗口的机器人巡检规划方法包括以下步骤：

步骤101：确定机器人巡检规划参数。

其中，巡检规划参数包括：机器人在起始位置的启动时间、各巡检目标的位置信息、完成各巡检任务所耗时长以及机器人移动速度。

完成各巡检目标所耗时长为机器人达到巡检目标开始巡检时刻起至完成对该巡检目标的巡检任务时刻止，这两个时刻间隔的时长。

本申请实施例的基于时间窗口的机器人巡检规划方法应用于电子设备，电子设备可以为服务器、电脑等具有分析功能的设备。电子设备中的存储介质存储有基于时间窗口的机器人巡检规划程序，电子设备的处理器运行存储介质中的程序执行基于时间窗口的机器人巡检规划流程。

步骤102：依据巡检规划参数和预设的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各巡检任务的实际执行时间。

其中，一个巡检目标对应一个巡检任务，对巡检目标的巡检视为一个巡检任务。

巡检任务的实际执行时间表达式为巡检规划模型的一个重要部分，巡检规划模型还包括目标函数。在对机器人进行巡检规划时对实际执行时间表达式、目标函数进行联合求解，可得到机器人巡检规划方案。

巡检任务的实际执行时间表达式用于表征：机器人从前一个巡检目标达到当前巡检任务对应的巡检目标所耗时长，与完成该巡检任务所耗时长之和。其中，从前一个巡检目标到达当前巡检任务对应的巡检目标所耗时长可通过这两个巡检目标间的距离和机器人的移动速度确定。

一种可选地实施例中，依据巡检规划参数和预设的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各巡检任务的实际执行时间的方式可以如下：

首先，基于各巡检目标的位置信息，确定各巡检目标间的距离；

由于各巡检目标的位置信息是已知的，因此可确定任意两个巡检目标间的距离，当然也可以仅确定相邻巡检目标间的距离。

其次，基于机器人移动速度和各巡检目标间的距离，确定机器人从前一个巡检目标到达后一个巡检目标所耗时长；

再次，依据完成各巡检目标所耗时长、机器人从前一个巡检目标达到后一个巡检目标所耗时长、机器人在初始位置的启动时间，表征各巡检任务的实际执行时间。

步骤103：确定各巡检任务的优先级系数。

巡检任务的优先级系数作为后续巡检任务规划的一个重要维度的参数。

步骤104：针对每个巡检任务，依据巡检任务的实际执行时间和巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定机器人执行巡检任务的偏离时间。

巡检任务对应的期望任务执行时间区间包含一个上限值和一个下限值，上限值指示在上限值表征的时间点前执行该巡检任务，下限值指示在下限值表征的时间点后执行该巡检任务。

例如：任意任务a,a∈A的期望任务执行时间区间为[t

一种可选地实施例中，针对每个巡检任务，依据巡检任务的实际执行时间和巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定机器人执行巡检任务的偏离时间的方式包括：

首先，针对每个巡检任务，比对巡检任务的实际执行时间与巡检任务对应的期望任务执行时间区间的上限值、下限值之间的大小关系；

其次，依据大小关系，确定巡检任务的偏离时间计算公式；

在实际实现过程中，依据大小关系，确定巡检任务的偏离时间计算公式时可通过如下方式：

在巡检任务的实际执行时间大于巡检任务对应的期望任务执行时间区间的上限值的情况下，确定实际执行时间与上限值之差为巡检任务的偏离时间；

在巡检任务的实际执行时间小于巡检任务对应的期望任务执行时间区间的下限值的情况下，确定下限值与实际执行时间之差为巡检任务的偏离时间；

除上述两种情况外的其他任意情况，均可将巡检任务的偏离时间确定为0。

再次，基于偏离时间计算公式、巡检任务的实际执行时间以及巡检任务对应的期望任务执行时间区间，计算机器人执行巡检任务的偏离时间。

步骤105：将各巡检任务对应的优先级系数、偏离时间输入预先构建的目标函数中。

目标函数指示在考虑各巡检任务优先级的情况下机器人执行全部巡检任务的偏离时间最小。一种可选地目标函数表征方式可以为：全部巡检任务的对应的优先级系数与偏离时间的乘积之和最小。

例如：巡检规划模型的目标函数可设置为：min∑

步骤106：对目标函数进行求解，得到机器人的巡检规划方案。

其中，巡检规划方案包括：各巡检任务的执行顺序。在对目标函数进行求解时可以采用任意适当算法例如利用蚁群算法，本申请实施例中对具体的求解算法不做具体限制。

例如：最终规划的巡检规划方案为L，L＝{l

本申请实施例提供的基于时间窗口的机器人巡检规划方法，确定机器人巡检规划参数；依据巡检规划参数和预设的巡检规划模型中包括的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各巡检任务的实际执行时间；确定各巡检任务的优先级系数；针对每个巡检任务，依据巡检任务的实际执行时间和巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定机器人执行巡检任务的偏离时间；将各巡检任务对应的优先级系数、偏离时间输入预先构建的巡检规划模型的目标函数中；对目标函数进行求解，得到机器人的巡检规划方案。本发明实施例提供的机器人巡检规划方法，针对时间敏感场景的特点，通过巡检规划模型进行机器人巡检规划，保证各个巡检目标的执行时间落入对应的期望任务执行时间区间内，从而得到高效、可靠的机器人巡检规划方案。

下面以一具体实例为例，对本申请的基于时间窗口的机器人巡检规划方法进行说明。

本具体实例聚焦实际巡检任务特点，充分考虑时间敏感场景的约束条件，构建巡检规划模型。针对所建立模型和巡检规划问题的特点，选用蚁群算法作为模型的求解算法，最终得到一种高效可靠的机器人巡检规划方案。本具体实例中每次针对单个机器人进行巡检路径规划，首先，系统环境为已知的，即已知当前待进行巡检规划的机器人，并已知多个待巡检的目标，本具体实例中将机器人对每个待巡检目标的巡检工作称为一个巡检任务。基于时间窗口对机器人进行巡检规划的目的是在时间敏感场景下，确定全部待巡检目标的最优巡检顺序，相应得到机器人的最优巡检路径，以作为巡检规划结果。

本具体实例的基于时间窗口的机器人巡检规划方法包括如下步骤：

第一步，构建巡检规划模型的目标函数。

将n个待执行任务组成任务集合A；

任意任务a,a∈A的期望任务执行时间区间为

机器人执行任务a的实际时间记为T

机器人执行任务a的偏离时间为ε

任务a的优先级系数为α

故，整个巡检规划模型的目标函数为：min∑

第二步，构建巡检规划模型中机器人执行任意任务的实际时间的表达式。

机器人在起始位置的启动时间为

机器人执行第i个巡检目标的任务的实际时间为T

如果第i个巡检目标的任务为任务a，则T

第三步，利用蚁群算法对巡检规划模型进行求解，即对前两步的结果进行求解，得到机器人的最优巡检规划方案。

最终规划的巡检方案为L，L＝{l

本具体实例提供的基于时间窗口的机器人巡检规划方法，针对时间敏感场景的特点，通过巡检规划模型保证各个巡检目标的执行时间落入期望任务执行时间区间，执行时间过早或过晚都会受到惩罚，从而得到高效、可靠的机器人巡检规划方案。

图2为实现本申请实施例的一种基于时间窗口的机器人巡检规划装置的结构框图。

本申请实施例提供的基于时间窗口的机器人巡检规划装置包括如下功能模块：

第一确定模块201，用于确定机器人巡检规划参数，其中，所述巡检规划参数包括：机器人在起始位置的启动时间、各巡检目标的位置信息、完成各巡检任务所耗时长以及机器人移动速度，其中，一个所述巡检目标对应一个巡检任务；

表征模块202，用于依据所述巡检规划参数和预设的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各所述巡检任务的实际执行时间；

第二确定模块203，用于确定各所述巡检任务的优先级系数；

第三确定模块204，用于针对每个所述巡检任务，依据所述巡检任务的实际执行时间和所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定所述机器人执行所述巡检任务的偏离时间；

输入模块205，用于将各所述巡检任务对应的优先级系数、偏离时间输入预先构建的目标函数中，其中，所述目标函数指示在考虑各巡检任务优先级的情况下机器人执行全部巡检任务的偏离时间最小；

求解模块206，用于对所述目标函数进行求解，得到所述机器人的巡检规划方案，其中，所述巡检规划方案包括：各巡检任务的执行顺序。

可选地，所述表征模块包括：

第一子模块，用于基于各巡检目标的位置信息，确定各巡检目标间的距离；

第二子模块，用于基于所述机器人移动速度和各巡检目标间的距离，确定机器人从前一个巡检目标到达后一个巡检目标所耗时长；

第三子模块，用于依据完成各巡检目标所耗时长、机器人从前一个巡检目标达到后一个巡检目标所耗时长、所述机器人在初始位置的启动时间，表征各所述巡检任务的实际执行时间。

可选地，所述第三确定模块包括：

第四子模块，用于针对每个所述巡检任务，比对所述巡检任务的实际执行时间与所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的上限值、下限值之间的大小关系；

第五子模块，用于依据所述大小关系，确定所述巡检任务的偏离时间计算公式；

第六子模块，用于基于偏离时间计算公式、所述巡检任务的实际执行时间以及所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间，计算所述机器人执行所述巡检任务的偏离时间。

可选地，所述第五子模块具体用于：

在所述巡检任务的实际执行时间大于所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的上限值的情况下，确定所述所述实际执行时间与所述上限值之差为所述巡检任务的偏离时间；

在所述巡检任务的实际执行时间小于所述巡检任务对应的期望任务执行时间区间的下限值的情况下，确定所述下限值与所述实际执行时间之差为所述巡检任务的偏离时间。

可选地，目标函数表征全部巡检任务的对应的优先级系数与偏离时间的乘积之和最小。

本申请实施例提供的基于时间窗口的机器人巡检规划装置，确定机器人巡检规划参数；依据巡检规划参数和预设的巡检规划模型中包括的巡检任务的实际执行时间表达式，表征各巡检任务的实际执行时间；确定各巡检任务的优先级系数；针对每个巡检任务，依据巡检任务的实际执行时间和巡检任务对应的期望任务执行时间区间，确定机器人执行巡检任务的偏离时间；将各巡检任务对应的优先级系数、偏离时间输入预先构建的巡检规划模型的目标函数中；对目标函数进行求解，得到机器人的巡检规划方案。本发明实施例提供的机器人巡检规划装置，针对时间敏感场景的特点，通过巡检规划模型进行机器人巡检规划，保证各个巡检目标的执行时间落入对应的期望任务执行时间区间内，从而得到高效、可靠的机器人巡检规划方案。

本申请实施例中图2所示的基于时间窗口的机器人巡检规划装置可以是装置，也可以是服务器中的部件、集成电路、或芯片。本申请实施例中的图2所示的基于时间窗口的机器人巡检规划装置可以为具有操作系统的装置。该操作系统可以为安卓(Android)操作系统，可以为iOS操作系统，还可以为其他可能的操作系统，本申请实施例不作具体限定。

本申请实施例提供的图2所示的基于时间窗口的机器人巡检规划装置能够实现图1的方法实施例实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

可选地，如图3所示，本申请实施例还提供一种电子设备300，包括处理器301，存储器302，存储在存储器302上并可在所述处理器301上运行的程序或指令，该程序或指令被处理器301执行时实现上述基于时间窗口的机器人巡检规划方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

需要注意的是，本申请实施例中的电子设备包括上述所述的服务器。

本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述基于时间窗口的机器人巡检规划方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

其中，所述处理器为上述实施例中所述的电子设备中的处理器。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。

本申请实施例另提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现上述基于时间窗口的机器人巡检规划方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

应理解，本申请实施例提到的芯片还可以称为系统级芯片、系统芯片、芯片系统或片上系统芯片等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。