一种清洁机器人任务抢占调度与断点恢复方法及系统与流程

本发明涉及清洁机器人调度和智能设备运行控制，涉及清洁机器人任务抢占调度与断点恢复方法及系统，尤其涉及一种基于状态令牌的清洁机器人任务抢占调度与断点恢复方法及系统。

背景技术：

1、随着移动机器人、传感器和无线通信技术的发展，清洁机器人已被广泛应用于物业服务和公共空间清洁。实际应用中，清洁机器人通常按照预设的任务队列执行分区清扫、定点清洁、巡航吸尘或拖洗等任务。调度平台可以根据清洁区域、执行时间、机器人位置和剩余电量进行基础任务分配。

2、然而，公共区域的清洁需求具有明显的突发性。例如，大堂入口处出现液体泼洒、餐饮区域出现油污、走廊出现固形物残留，均可能要求机器人尽快前往处理。如果调度服务器仍按照原有任务队列顺序执行，则会延迟突发污渍事件的处置；如果调度服务器简单中断当前任务并下发新的紧急任务，则容易导致原任务进度丢失、重复清扫、剩余电量不足以完成紧急任务或无法安全返航等问题。

3、现有方案中，有些系统将清洁任务按照预设优先级排序，或者基于剩余电量和距离进行简单评分，再选择一个机器人执行突发任务。这类方式虽然能够实现一定程度的动态派单，但其通常缺少对当前任务中间状态的统一记录。当前任务是否处于可挂起阶段、是否存在可用于恢复的路径节点、机器人在挂起时清洁机构处于何种状态、挂起后能否准确恢复至剩余路径，均可能没有被可靠记录。

4、另一些方案虽然能够记录机器人当前位置和电量，但这些数据往往分散在设备端、网关端或服务器端的不同数据表中。污渍事件、当前任务状态、路径节点、检查点校验结果和执行反馈之间缺乏统一关联，使调度服务器难以在同一决策周期内同时判断紧急任务等级、电量安全、当前任务可挂起状态以及原任务恢复条件。

5、因此，有必要提供一种面向任务抢占和断点恢复的调度方法，使清洁机器人在出现突发污渍事件时能够在满足安全和恢复条件的情况下执行紧急任务，同时保证原任务能够根据可恢复检查点继续执行；在不满足抢占条件或检查点无效时，不启动紧急任务，从而避免任务状态混乱、检查点不可用和调度指令与设备状态不一致的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于状态令牌的清洁机器人任务抢占调度与断点恢复方法。

2、清洁机器人在执行当前清洁任务时采集电量数据、位置数据、当前任务状态数据和污渍事件数据，并经边缘网关上传至调度服务器；

3、调度服务器依据所述数据生成或更新与该清洁机器人对应的状态令牌，所述状态令牌记录电量状态、位置状态、当前任务、任务进度、污渍事件、检查点状态、抢占允许状态和反馈时间戳；

4、当污渍事件数据表征存在突发污渍事件时，调度服务器从状态令牌中读取污渍类型、污渍发生位置、污渍事件时间戳、当前任务等级和当前任务路径信息，确定紧急任务等级，并结合剩余电量、当前任务可挂起状态及返航电量要求判断是否满足任务抢占条件；

5、在满足任务抢占条件的情况下，调度服务器下发任务挂起指令，使清洁机器人暂停当前任务并写入可恢复检查点；在可恢复检查点校验通过后，下发紧急任务启动指令，使清洁机器人执行紧急清洁任务；在紧急清洁任务完成后，调度服务器根据状态令牌判断是否满足原任务恢复条件，满足时下发原任务恢复指令，使清洁机器人依据可恢复检查点恢复原任务，并将任务挂起结果、紧急任务执行结果和原任务恢复结果回写至状态令牌和任务队列；

6、在不满足任务抢占条件的情况下，调度服务器不启动所述紧急清洁任务，并维持当前任务执行，或者在剩余电量低于返航阈值时下发返航指令，以同步更新清洁机器人的可调度状态。

7、所述状态令牌包括电量状态字段、位置状态字段、当前任务字段、任务进度字段、污渍事件字段、检查点状态字段、抢占允许字段和反馈时间戳字段；

8、所述状态令牌的生成或更新包括：将电量数据映射为电量状态，并在电量数据低于预设返航阈值时将电量状态字段标记为返航优先状态；将位置数据映射为预设清洁地图中的拓扑节点或栅格区域；根据当前任务状态数据确定当前任务标识、当前任务等级、当前路径节点、已完成路径节点和任务完成度；根据污渍事件数据确定污渍类型、污渍发生位置和污渍事件时间戳；根据可恢复检查点的写入结果和校验结果更新检查点状态字段。

9、所述任务抢占条件为以下条件同时满足：突发污渍事件对应的紧急任务等级高于当前任务等级；清洁机器人的剩余电量大于执行紧急清洁任务的预估电量消耗、由紧急清洁任务完成位置返回最近充电点的预估电量消耗以及预设安全冗余电量之和；当前任务处于允许挂起的执行阶段；当前任务具有能够记录恢复起点的路径节点或作业段；

10、其中，所述紧急任务等级根据污渍类型、污渍发生位置与当前任务路径之间的距离关系以及污渍事件等待时间确定。

11、所述可恢复检查点至少包括当前任务标识、当前路径节点索引、当前位置、运动控制器的编码器计数值、清洁作业机构状态、任务完成度和检查点时间戳；

12、清洁机器人接收到任务挂起指令后，先执行减速或停止动作，再将所述可恢复检查点写入本地存储单元并上传至调度服务器；

13、调度服务器和/或清洁机器人对所述可恢复检查点进行完整性校验，所述完整性校验包括字段完整性校验、时间戳有效性校验和校验码一致性校验；

14、在所述可恢复检查点校验未通过的情况下，调度服务器不下发紧急任务启动指令，并使清洁机器人继续执行当前任务、重新写入可恢复检查点或进入安全停靠状态。

15、所述原任务恢复条件为以下条件同时满足：紧急清洁任务已完成或已被调度服务器确认终止；被挂起的原任务在任务队列中仍处于挂起状态；与被挂起的原任务对应的可恢复检查点有效；

16、清洁机器人的剩余电量满足继续执行原任务的剩余作业路径并返回充电点的电量要求；其中，在满足原任务恢复条件时，清洁机器人根据可恢复检查点中的路径节点索引、当前位置和任务完成度确定恢复起点，并根据恢复起点生成原任务的剩余作业路径；在不满足原任务恢复条件时，调度服务器不下发原任务恢复指令，并根据剩余电量和任务队列状态下发返航指令、等待指令或任务重新分配指令。

17、本发明还提供一种基于状态令牌的清洁机器人任务抢占调度与断点恢复系统，包括清洁机器人、边缘网关和调度服务器。清洁机器人包括状态采集单元、运动控制器、清洁作业机构和通信单元；边缘网关用于转发状态数据和控制指令；调度服务器包括状态令牌管理模块、紧急任务判断模块、抢占条件判断模块、检查点管理模块、指令生成模块和反馈更新模块。

18、有益效果

19、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果。

20、第一，本发明利用状态令牌统一记录清洁机器人的电量状态、位置状态、当前任务、任务进度、污渍事件、检查点状态、抢占允许状态和反馈时间戳，使调度服务器在进行任务抢占判断时具有统一的数据基础，减少因状态分散导致的错误调度。

21、第二，本发明在判断任务抢占条件时，不仅比较突发污渍事件对应的紧急任务等级与当前任务等级，还同时判断剩余电量、返航电量要求、当前任务可挂起状态以及当前任务是否具有可记录恢复起点的路径节点或作业段，从而避免电量不足、无法恢复或当前任务不适合中断时仍然启动紧急任务。

22、第三，本发明在启动紧急清洁任务之前要求写入并校验可恢复检查点。检查点至少包括当前任务标识、当前路径节点索引、当前位置、编码器计数值、清洁作业机构状态、任务完成度和检查点时间戳，能够为原任务恢复提供明确依据。

23、第四，本发明明确规定在不满足任务抢占条件或检查点校验未通过时不启动紧急清洁任务，并分别采用继续当前任务、重新写入检查点、安全停靠或返航等处理方式，使异常分支具有确定的处理结果，避免调度流程停滞或任务状态不一致。

24、第五，本发明在紧急清洁任务完成后进一步判断原任务恢复条件，仅在原任务仍处于挂起状态、检查点有效且剩余电量满足剩余作业路径和返航要求时恢复原任务；否则下发返航指令、等待指令或任务重新分配指令，从而提高多任务调度的安全性和连续性。