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基于带权与或树和AOE-网的多智能体动态任务规划研究

作　者: 谢国琪
导　师: 彭军
学　校: 中南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 机器人救援仿真系统多智能体系统带权与或树任务规划 AOE-网
分类号: TP18
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 97次
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内容摘要

多智能体系统中的任务规划是近年来研究的热点之一。机器人救援仿真系统是一个典型的异构多智能体系统,为在动态复杂场景下快速、高效规划救援任务,提高救援效率,将灾难损失降到最低,本文引入带权与或树和AOE-网,提出一种高效的动态任务规划方法,主要包括层次任务分解、计划一致协调、动态调整和冲突消除协调这几个相互关联且又紧密结合的过程。针对任务的复杂性和时序约束问题,提出一种时序约束的带权与或树任务分解层次规划,带权与或树描述了复杂任务与其子任务之间的层次关系以及任务的与或特性；与或树中叶子结点通过添加权值来描述其相应简单任务的执行时间；在带权与或树的基础上,增加辅助线来限定任务结点之间的时序约束,得出时序约束的带权与或树任务分解结构模型,进行层次任务规划。针对在任务分解后各智能体在执行子任务计划中难以达成一致的问题,提出将带权与或树转化为AOE-网的任务规划。在采用时序约束的带权与或树结构对复杂任务进行分解的基础上,首先基于结点的最小执行权值对带权与或树进行修剪,舍弃部分或子结点,以减少不必要或子任务的执行；然后将时序约束的带权与或树转化为AOE-网,通过AOE-网的关键路径算法,得出各子任务的最早发生时间,基于最早发生时间,计算各子任务的开始执行时间和结束时间,使总任务的完成时间最短,达到计划一致协调。针对在计划一致协调过程中,智能体执行任务时产生的冲突和动态变化所引起的任务延迟或中断问题,提出基于任务转包和动态再分解的动态任务规划。当智能体的某个子任务产生中断时,便将此任务转包给其他智能体或将此任务再分解成多个简单子任务,形成新的带权与或树,以满足智能体执行任务的可行性；再将新的带权与或树转化为AOE-网,使整个任务能够继续保持计划一致协调,满足任务规划的动态实时性,达到冲突消除和动态调整协调。通过开发“动态任务规划仿真系统”,验证了所提出的动态任务规划方法的可用性和有效性,并应用到中南大学机器人仿真队CSU_Yunlu中,并在2009年中国机器人公开赛上获得亚军,验证了此任务规划方法的高效性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究背景及意义  10-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
  1.3 研究内容和组织结构  15-17
    1.3.1 研究内容  15-16
    1.3.2 论文的组织结构  16-17
第二章机器人救援仿真系统及任务规划问题研究  17-26
  2.1 机器人救援仿真系统  17-20
    2.1.1 机器人仿真救援系统结构  17-19
    2.1.2 机器人救援仿真系统中智能体及其任务  19-20
  2.2 任务与智能体规划的表现形式  20-22
    2.2.1 简单任务与复杂任务  20-21
    2.2.2 智能体规划的表现形式  21-22
  2.3 机器人救援仿真系统任务规划设计难点与关键问题  22-24
    2.3.1 任务规划设计难点  23
    2.3.2 任务规划要解决的关键问题  23-24
  2.4 机器人救援仿真系统任务规划解决方案  24-25
  2.5 小结  25-26
第三章时序约束的带权与或树任务分解层次规划  26-34
  3.1 任务分解及原则  26-27
  3.2 时序约束的带权与或树任务分解结构模型  27-30
    3.2.1 带权与或树任务分解结构  27-29
    3.2.2 时序约束的带权与或树任务结构  29-30
  3.3 RCRSS任务规划问题描述  30-32
  3.4 时序约束的带权与或树任务结构生成  32
  3.5 小结  32-34
第四章带权与或树转化为AOE-网的任务规划  34-45
  4.1 计划一致协调与AOE-网  34-35
  4.2 基于执行权值的带权与或树的修剪  35-37
  4.3 时序约束的带权与或树转化为AOE-网  37-38
  4.4 基于AOE-网的最早发生时间的计划一致协调  38-39
  4.5 任务规划仿真与分析  39-44
    4.5.1 时序约束的带权与或树的任务分解  39-40
    4.5.2 计划一致协调仿真与分析  40-42
    4.5.3 机器人救援仿真系统中任务规划的实例  42-44
  4.6 小结  44-45
第五章基于任务转包与动态再分解的动态任务规划  45-58
  5.1 冲突消除协调与动态调整协调  45-46
  5.2 基于任务转包与动态再分解的动态协调规划  46-49
    5.2.1 单个智能体的简单任务集  46-47
    5.2.2 基于任务转包与动态再分解的动态协调  47-49
    5.2.3 动态任务协调规划过程  49
  5.3 动态任务规划仿真  49-52
    5.3.1 冲突消除与动态调整协调仿真与分析  49-50
    5.3.2 任务转包与动态再分解仿真与分析  50-52
  5.4 动态任务规划在机器人救援仿真系统中的应用  52-57
    5.4.1 机器人救援仿真系统中动态任务规划实例  52-54
    5.4.2 实验数据与性能比较  54-57
  5.5 小结  57-58
第六章总结与展望  58-60
  6.1 结论  58-59
  6.2 展望  59-60
参考文献  60-65
附录1 图索引  65-66
附录2 表索引  66-67
致谢  67-68
攻读学位期间主要的论文情况和科研情况  68

基于带权与或树和AOE-网的多智能体动态任务规划研究

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