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申请/专利权人：中国矿业大学(北京)

摘要：本发明公开了一种基于贪心策略的煤矸分拣机器人动态规划方法及系统，属于分拣技术领域，包括以下步骤：步骤1、Delta矸石分拣机器人矸石分拣参数初始化；步骤2、更新时间窗口内的矸石流的位置和质量信息；步骤3、根据时间窗口内的矸石流密度gu，调整Delta矸石分拣机器人运动速率ur；步骤4、更新Delta矸石分拣机器人与矸石的位置；步骤5、计算时间窗口内所有矸石的代价函数，选择代价最小的矸石进行分拣；步骤6、对矸石Gi执行捡取和放置任务；步骤7、判断时间窗口内的矸石是否已经全部完成了分拣。本发明相对于传统的顺序规划算法，节省了分拣能耗和分拣时间，有效提高了矸石分拣效率和能量利用率。

主权项：1.一种基于贪心策略的煤矸分拣机器人动态规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、Delta矸石分拣机器人的分拣参数初始化，包括初始化时间窗口T、传送带两侧的矸石仓位置Pj、Delta矸石分拣机器人最大移动加速度amax和最大移动速率umax、分拣工作区域[Xmin,Xmax]、单次最短分拣时间Tmin、动平台等效质量md'、门字型轨迹的高度H、圆弧半径H2和传送带运行速度vbelt；步骤2、更新时间窗口内的矸石流的位置和质量信息Gnxn,yn,mn；步骤3、根据时间窗口内的矸石流密度gu，调整Delta矸石分拣机器人运动速率ur；步骤4、更新Delta矸石分拣机器人与矸石的位置；步骤5、计算时间窗口内所有矸石的代价函数，选择代价最小的矸石进行分拣；步骤6、对矸石Gi执行捡取和放置任务；步骤7、判断时间窗口内的矸石是否已经全部完成了分拣；步骤2的具体过程如下：S21、通过矸石图像定位算法计算出每一个矸石的位置Gixi,yi,t0，通过矸石图像质量逼近算法估算出每一个矸石的质量mi；S22、将位置和质量信息一一对应且合并为Gnxn,yn,mn,t0返回给煤矸分拣机器人系统；S23、煤矸分拣机器人系统实时记录并更新矸石流的位置和质量信息表，并以时间窗口T为一个时间周期对煤矸传送带上的矸石流进行区域划分，煤矸机器人分拣系统把传送带上即将进入Delta矸石分拣机器人分拣区域的第一个时间窗口作为当前工作的时间窗口，并将该窗口内的矸石流数据发送给机器人动态分拣规划算法模块；S21中矸石位置计算和矸石质量估算的具体公式如下： 式中，ui和vi表示矸石在像素坐标系中的像素坐标，u0和v0表示图像坐标系中坐标原点在像素坐标系中的像素坐标，为相机内部参数，Rcw和Tcw为Delta矸石分拣机器人坐标系到图像坐标系的旋转和平移变换矩阵，zi表示相机到传送带的高度，px为矸石边缘点到平分线的垂线的距离，xmax和xmin分别表示矸石边缘点在x方向上的最大值和最小值；Vi表示矸石i的体积，ρi表示矸石i的密度；步骤3的具体过程如下：S31、机器人动态分拣规划算法模块对当前工作的时间窗口内的矸石流数据进行分析，统计当前窗口内的矸石数量，为矸石流密度gu；S32、针对矸石流密度gu，调整Delta矸石分拣机器人运动速率ur，具体调整关系如下： 其中，umax表示Delta矸石分拣机器人最大分拣移动速率，gmax表示在最大分拣速率下所能完全分拣的最大矸石流密度；步骤4中更新Delta矸石分拣机器人与矸石的位置的具体过程如下：S41、Delta矸石分拣机器人完成上一次分拣任务后，更新Delta矸石分拣机器人动平台抓手的位置坐标；S42、根据传送带速度vbelt和Delta矸石分拣机器人系统时间t，更新当前时间窗口内矸石流的位置坐标Gixi,yi,t0，具体计算公式如下： 式中，矸石的坐标单位为mm，传送带速度vbelt单位为mms，Delta矸石分拣机器人系统时间t的单位为s；步骤5的具体过程如下：S51、根据当前时间窗口内未被分拣的矸石流坐标位置信息，判断当前分拣区域内是否有矸石；如果当前分拣区域内没有矸石，则等待当前时间窗口的矸石进入Delta矸石分拣机器人的分拣区域，当矸石即将进入分拣区域时，对当前时间窗口内的所有待分拣矸石执行改进贪心策略分拣规划算法，根据每一个矸石的坐标和质量信息，计算每一个矸石分拣的代价函数LGt；如果当前分拣区域内有未分拣的矸石，则对在分拣区域内所有矸石执行改进贪心策略分拣规划算法，根据每一个矸石的坐标和质量信息，计算每一个矸石分拣的代价函数LGt，代价函数LGt的具体计算公式如下： 式中，为Delta矸石分拣机器人拾取矸石i的能耗；为Delta矸石分拣机器人放置矸石i的能耗；mi为矸石i的质量；md′为动平台等效质量；为矸石i的坐标；为矸石i-1对应的矸石仓坐标；为矸石i对应的矸石仓坐标，α为补偿系数，由矸石流密度gu决定；为贪心策略的遗漏补偿函数；Δx＝Xmax-Xmin，Tmin为单次最短分拣时间；S52、将改进贪心策略分拣规划算法计算得到的每一个矸石的分拣代价函数进行比较，选择代价最小的矸石作为本次任务需要分拣的矸石；S53、根据所选择的矸石的坐标位置和Delta矸石分拣机器人的分拣移动速率ur，计算矸石的实际分拣坐标位置；S54、判断选择的矸石的实际分拣坐标是否超出了Delta矸石分拣机器人的分拣工作区域；如果实际分拣坐标没有超出分拣工作区域，则将该实际分拣坐标传送给Delta矸石分拣机器人执行捡取和放置任务；如果选择的矸石的实际分拣坐标超出了分拣工作区域，那么所选择的矸石无法分拣，返回到S52选择代价次之的矸石，并执行后续步骤；步骤6的具体过程如下：S61、煤矸机器人分拣系统根据矸石实际分拣坐标和Delta矸石分拣机器人动平台抓手位置坐标，生成门字型轨迹并规划Delta矸石分拣机器人的改进梯形加速度曲线，同样，根据矸石实际分拣坐标和矸石对应的矸石仓坐标，生成门字型轨迹并规划Delta矸石分拣机器人的改进梯形加速度曲线；S62、Delta矸石分拣机器人按照所规划的轨迹和速度，运动到矸石实际分拣坐标，执行矸石的捡取任务；同样地，依据规划的轨迹和速度，运动到矸石对应的矸石仓，执行矸石的放置任务；记录Delta矸石分拣机器人动平台抓手位置坐标和本次分拣任务所花时间ti。

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