9、协作机器人单元任务分配与调度的动态架构

协作机器人单元任务分配与调度的动态架构

在工业应用中，协作机器人正变得越来越普遍且具有吸引力。人类操作员和机器人在协作机器人单元中共享工作空间，共同执行由一系列任务组成的工作。合理地分配和调度这些任务对于实现高效的人机协作至关重要。本文将介绍一种用于解决任务分配和调度问题的两层架构，该架构能够考虑人类行为的动态性和不可预测性，并允许人机就待执行的任务进行协商。

1. 引言

协作机器人在工业场景中的成功，很大程度上源于其能够实现人类操作员和机器人之间的协同合作。这两个具有互补技能的主体，可以完成单独一方无法完成的工作。为了实现这一目标，需要在人机之间建立相互意识和沟通。

在执行特定任务方面，已经有许多相关的研究工作。例如，有人开发了人类运动预测策略，使机器人能够了解人类的行为并做出相应反应；还有人利用可读性概念，让人类能够清楚理解机器人的意图并做出反应；此外，通过肌电信号估计人类肌肉疲劳，以调整机器人行为，以及实施口头反馈策略等，都在改善人机交互方面发挥了作用。

在工业实践中，协作单元用于执行由一组任务组成的工作。因此，理解如何将所有任务分配和调度给人类和机器人是非常重要的。多智能体任务分配问题在工业场景中已经得到了广泛研究，但现有的任务分配方法大多假设每个任务的执行时间是恒定的，这与实际情况不符。人类执行任务的时间往往是可变的，这可能导致任务分配的效率低下。

2. 问题陈述

考虑一个协作单元，其中人类操作员 (H) 和机器人 (R) 要共同执行工作 (J)。工作 (J) 可以拆分为一组任务 ((T_1, \ldots, T_N))，每个任务 (T_i) 都有一个名义执行时间 (t_i(A))，其中 (A \in {H