多机器人协同装配的任务分配与冲突消解：基于时间窗约束的分布式优先级协商机制

2026/11/03企业新闻新闻中心行业新闻 90

多机器人协同装配中，任务分配与冲突消解通常分别处理，导致动态环境下分配结果与冲突消解不一致。本文提出基于时间窗约束的分布式优先级协商机制，将任务分配和冲突消解统一在时间窗框架下。每个任务具有最早开始时间、最晚结束时间和装配优先级，机器人根据能力约束和当前负载计算任务时间窗可行性，并通过分布式优先级协商解决资源冲突。协商机制无需中心节点，机器人通过局部信息交换更新优先级和任务占用时间窗，实现动态调整。本文给出协商规则、收敛条件和冲突消解流程，分析时间窗松弛量对系统效率的影响。结果表明，该方法能够在无中心协调下降低任务冲突率并提高动态重分配效率。

1 引言

多机器人协同装配需要同时解决“谁做哪项任务”和“何时做、如何避免冲突”两个问题。集中式方法依赖中心调度器，通信负担大且单点故障风险高。分布式方法虽提高鲁棒性，但任务分配与冲突消解若分离，容易出现分配后冲突、冲突后重分配的低效循环。时间窗约束为统一两者提供了自然框架：任务分配不仅是机器人—任务匹配，也是时间窗占用协商；冲突消解则是调整时间窗或优先级。

2 问题建模

设任务集合 T={T1,…,Tn}T={T1,…,Tn}，机器人集合 R={R1,…,Rm}R={R1,…,Rm}。任务 TiTi 具有时间窗 [li,ui][li,ui]、装配优先级 pipi 和能力需求 cici。机器人 RjRj 具有能力集合 CjCj 和当前占用时间窗 WjWj。任务分配需满足能力匹配和时间窗不重叠。定义冲突图 G=(V,E)G=(V,E)，若两个任务在同一机器人上时间窗重叠或共享装配空间资源，则存在冲突边。每个机器人维护本地任务表和邻居优先级信息。

3 分布式优先级协商机制

协商机制包括四步。第一，任务发布：任务以时间窗和优先级形式广播。第二，可行性计算：机器人根据能力、当前负载和移动时间判断任务是否可插入时间窗。第三，优先级协商：当多个机器人竞争同一任务或时间窗冲突时，按优先级、时间窗松弛量和负载均衡度计算协商优先级。优先级规则可写为 Pij=αpi+βsij+γbjPij=αpi+βsij+γbj，其中 sijsij 为时间窗松弛量，bjbj 为负载均衡项。第四，时间窗更新：获胜机器人占用时间窗并广播，失败机器人释放临时占用并重新计算。协商过程迭代进行，直到无冲突或达到最大轮次。

4 冲突消解与动态调整

冲突消解策略包括时间窗后移、任务交换和优先级让渡。时间窗后移适用于松弛量充足的任务；任务交换适用于能力重叠且优先级相近的机器人；优先级让渡适用于高优先级任务插入。动态调整时，机器人检测新任务或故障事件，触发局部重新协商，仅影响相关时间窗邻域，避免全局重分配。收敛条件为所有冲突边被消除且无机器人超载。若协商不收敛，则启动降级策略，将冲突任务提交人工或中心备份节点。