智能体Petri网融合的多机器人-多任务协调方法研究

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随着人口老龄化的发展,未来我国乃至世界都将面临日趋增长的由老年人长期护理需求造成的巨大压力,特别是像养老院这样的场所,需要大量的人力资源来完成对老人的照顾。机器人技术的发展使得一些服务机器人已经能够在一定程度上帮助人们对老人进行照顾。可以推测,随着老龄化的加剧以及劳动力的相对减少,在未来使用服务机器人护理老人的日常生活将会成为一个必然的趋势。而面对一定数量的、功能不尽相同的服务机器人,如何能够让它们协同起来完成日常护理任务,并且保证该过程中老人的满意度就成为了一个需要解决的问题。针对该问题本文提出了一个应用于养老院情境的多机器人-多任务协调框架。本文首先结合时延Petri网和颜色Petri网提出了可扩展时延-颜色Petri网(Scalable Timed-Colored Petri Net,记为STdCPN),并使用STdCPN对养老院中机器人照顾老人的过程进行建模,从而模拟养老院的基本运行情况,作为协调框架的基础。其次,通过考虑在机器人照顾老人的过程中会对老人满意度造成影响的因素,构建了服务对象满意度模型。设计了基于服务对象满意度模型的智能体来实现协调框架的调度,该智能体通过考虑老人的“个人因素”和机器人的实时状态、位置等信息对老人的任务进行个性化的规划,并合理分配系统资源。使机器人帮助老人完成任务的同时最大化老人总体满意度。再次,对不同情况下智能体做出的决策进行了仿真与分析,结果表明智能体的决策具有其合理性。最后,提出了一种大规模任务冲突情况的优化求解方案,使用粒子群优化算法结合克隆变异算子对任务执行方案进行快速求解,提高了系统的响应速度。
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