News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of SciencesNews of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of SciencesИзвестия Кабардино-Балкарского научного центра РАН1991-66392949-194039144010.35330/1991-6639-2023-6-116-21-32CIGNEOАвтоматизация и управление технологическими процессами и производствамиAutomation and control of technological processes and productionsResearch ArticleApproach to task allocation in a collaborative robotic system considering the working space model and dynamic reassignment of the performersПодход к распределению робототехнической системе с учетом модели рабочего пространства и динамического переназначения исполнителейhttps://orcid.org/0000-0001-6429-7868GalinRinat RomanovichГалинРинат Романович
Russian Federation

Candidate of Technical Sciences, Researcher of Laboratory 80 "Cyber-Physical Systems"

канд. техн. наук, науч. сотр. лаборатории № 80 «Киберфизические системы»

grr@ipu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5242-0996ГалинаСания БолаткызыGalinaSaniya Bolatkyzy
Russian Federation

Junior Researcher of Laboratory 80 "Cyber-Physical Systems"

мл. науч. сотр. лаборатории № 80 «Киберфизические системы»

ksb@ipu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6366-9786МамченкоМарк ВладиславовичMamchenkoMark Vladislavovich
Russian Federation

науч. сотр. лаборатории № 80 «Киберфизические системы»

Researcher of Laboratory 80 "Cyber-Physical Systems"

markmamcha@gmail.comИнститут проблем управления им. В. А. Трапезникова Российской академии наукV.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciencesru2205202620236NO6 (2023)№6 (2023)213205032026Copyright ©; 2026, Галин Р.Р., Галина С.Б., Мамченко М.В.Copyright ©; 2026, Galin R.R., Galina S.B., Mamchenko M.V.2026Галин Р.Р., Галина С.Б., Мамченко М.В.Galin R.R., Galina S.B., Mamchenko M.V.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1991-6639/article/view/391440

The article gives a number of proposals on improving the developed algorithm for task allocation in collaborative robotic systems and assignment of participants to perform operations of the technological process. The paper considers the spatial model of the working space (placement of workplaces), changes in the object of impact (product), use of additional resources, random behavior and mistakes of people, fatigue accumulation and decrease in the efficiency of their work over time, as well as dynamic reassignment of the performers of CRS in case of sudden failure of cobots or inability of the operators to work. The work also proposes a modified algorithm of minimization of the objective function (solution of the optimization problem) at the stage of selecting and assigning the performers of the operation, taking into account the efficiency values of available participants of CRS and minimizing their composition.

В работе сформирован ряд предложений по совершенствованию разработанного алгоритма для распределения работ в коллаборативной робототехнической системе (КРТС) и назначения участников КРТС на выполнение операций технологического процесса. Реализован учет пространственной модели рабочего пространства (размещения рабочих мест), изменения объекта воздействия (изделия) и использования дополнительных ресурсов, случайного поведения и ошибок людей, накопления усталости и снижения эффективности их работы со временем, а также динамического переназначения участников КРТС на выполнение операции в случае внезапного выхода из строя кобота или потери трудоспособности человеком. Также предложен модифицированный алгоритм минимизации целевой функции (решения оптимизационной задачи) на этапе подбора состава и назначения исполнителей на выполнение операции, учитывающий значения эффективности доступных участников КРТС и минимизирующий их состав.

collaborative robotic systemtask allocationoperationtechnological processhuman-robot interactionколлаборативная робототехническая системараспределение работоперациятехнологический процессчеловеко-машинное взаимодействиеИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00690, https://rscf.ru/en/project/23-29-00690/The reported study was funded by the Russian Science Foundation according to the research project No. 23-29-00690, https://rscf.ru/en/project/23-29-00690/1. Chatzisavvas A., Chatzitoulousis P., Ziouzios D., Dasygenis M. A routing and task-allocation algorithm for robotic groups in warehouse environments. Information. 2022. Vol. 13. No. 6. Pp. 1–14. DOI: 10.3390/info13060288Chatzisavvas A., Chatzitoulousis P., Ziouzios D., Dasygenis M. A routing and task-allocation algorithm for robotic groups in warehouse environments. Information. 2022. Vol. 13. No. 6. Pp. 1–14. DOI: 10.3390/info130602882. Петренко В. И., Тебуева Ф. Б., Павлов А. С., Гурчинский М. М. Метод распределения и планирования выполнения задач агентами роевых робототехнических систем в условиях недетерминированной среды // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2022. 3(59). С. 25–43. DOI: 10.54398/2074-1707_2022_3_25Петренко В. И., Тебуева Ф. Б., Павлов А. С., Гурчинский М. М. Метод распределения и планирования выполнения задач агентами роевых робототехнических систем в условиях недетерминированной среды // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2022. 3(59). С. 25–43. DOI: 10.54398/20741707_2022_3_253. Faccio M., Granata I., Minto R. Task allocation model for human-robot collaboration with variable cobot speed. Journal of Intelligent Manufacturing. 2023. Pp. 1–14. DOI: 10.1007/s10845-023-02073-9Faccio M., Granata I., Minto R. Task allocation model for human-robot collaboration with variable cobot speed. Journal of Intelligent Manufacturing. 2023. Pp. 1–14. DOI: 10.1007/s10845-023-02073-94. Aziz H., Pal A., Pourmiri A., Ramezani F., Sims B. Task Allocation Using a Team of Robots. Current Robotics Reports. 2022. 3. Pp. 227–238. DOI: 10.1007/s43154-022-00087-4Aziz H., Pal A., Pourmiri A., Ramezani F., Sims B. Task Allocation Using a Team of Robots. Current Robotics Reports. 2022. 3. Pp. 227–238. DOI: 10.1007/s43154-022-00087-45. Галина С. Б., Мамченко М. В., Галин Р. Р. Результаты исследования распределения работ в коллаборативной робототехнической системе с минимизацией их времени выполнения // Труды 8-й международной научно-практической конференции «Научно-инновационные исследования и разработки». Саратов: Цифровая наука, 2022. С. 20–29.Галина С. Б., Мамченко М. В., Галин Р. Р. Результаты исследования распределения работ в коллаборативной робототехнической системе с минимизацией их времени выполнения // Труды 8-й международной научно-практической конференции «Научно-инновационные исследования и разработки». Саратов: Цифровая наука, 2022. С. 20–29.6. Galin R., Meshcheryakov R., Mamchenko M. Simple Task Allocation Algorithm in a Collaborative Robotic System. Frontiers in Robotics and Electromechanics. Smart Innovation, Systems and Technologies. 2023. 329. Pp. 433–447. DOI: 10.1007/978-981-19-7685-8_28Galin R., Meshcheryakov R., Mamchenko M. Simple Task Allocation Algorithm in a Collaborative Robotic System. Frontiers in Robotics and Electromechanics. Smart Innovation, Systems and Technologies. 2023. 329. Pp. 433–447. DOI: 10.1007/978-981-19-7685-8_287. Galin R.R., Galina S.B. Approach to Efficient Task Allocation in a Collaborative Robotic System Using Modified Cost Functions. 2023 International Russian Smart Industry Conference (SmartIndustryCon) / South Ural IEEE Chapter. Sochi, 2023. Pp. 568–573. DOI: 10.1109/SmartIndustryCon57312.2023.10110787Galin R.R., Galina S.B. Approach to Efficient Task Allocation in a Collaborative Robotic System Using Modified Cost Functions. 2023 International Russian Smart Industry Conference (SmartIndustryCon) / South Ural IEEE Chapter. Sochi, 2023. Pp. 568–573. DOI: 10.1109/SmartIndustryCon57312.2023.101107878. Yaacoub A., Thomas V., Colas F., Maurice P. A Probabilistic Model for Cobot Decision Making to Mitigate Human Fatigue in Repetitive Co-Manipulation Tasks. IEEE Robotics and Automation Letters. 2023. 8. 11. Pp. 7352–7359Yaacoub A., Thomas V., Colas F., Maurice P. A Probabilistic Model for Cobot Decision Making to Mitigate Human Fatigue in Repetitive Co-Manipulation Tasks. IEEE Robotics and Automation Letters. 2023. 8. 11. Pp. 7352–7359. DOI: 10.1109/LRA.2023.33155839. Buerkle A., Al-Yacoub A., Eaton W., et al. An Incremental Learning Approach to Detect Muscular Fatigue in Human–Robot Collaboration. IEEE Transactions on Human-Machine Systems. 2023. 53. 3. Pp. 520–528. DOI: 10.1109/THMS.2023.3259139Buerkle A., Al-Yacoub A., Eaton W., et al. An Incremental Learning Approach to Detect Muscular Fatigue in Human–Robot Collaboration. IEEE Transactions on Human-Machine Systems. 2023. 53. 3. Pp. 520–528. DOI: 10.1109/THMS.2023.325913910. Gervasi R., Capponi M., Mastrogiacomo L., Franceschini F. Analyzing psychophysical state and cognitive performance in human-robot collaboration for repetitive assembly processes. Production Engineering. 2023. Pp. 1–15. DOI: 10.1007/s11740-023-01230-6Gervasi R., Capponi M., Mastrogiacomo L., Franceschini F. Analyz-ing psychophysical state and cognitive performance in human-robot collaboration for repetitive assembly processes. Production Engineer-ing. 2023. Pp. 1–15. DOI: 10.1007/s11740-023-01230-611. Lippi M., Marino A. A mixed-integer linear programming formulation for human multi-robot task allocation. 2021 30th IEEE International Conference on Robot & Human Interactive Communication (RO-MAN) / IEEE. Vancouver, 2021. Pp. 1017–1023. DOI: 10.1109/RO-MAN50785.2021.9515362Lippi M., Marino A. A mixed-integer linear programming formulation for human multi-robot task allocation. 2021 30th IEEE International Conference on Robot & Human Interactive Communication (RO-MAN) / IEEE. Vancouver, 2021. Pp. 1017–1023. DOI: 10.1109/RO-MAN50785.2021.951536212. Mina T., Kannan S.S., Jo W., Min B.-C. Adaptive workload allocation for multi-human multi-robot teams for independent and homogeneous tasks. IEEE Access. 2020. 8. Pp. 152697–152712. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3017659Mina T., Kannan S.S., Jo W., Min B.-C. Adaptive workload allocation for multi-human multi-robot teams for independent and homogeneous tasks. IEEE Access. 2020. 8. Pp. 152697–152712. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.301765913. Fusaro F., Lamon E., Momi E.D., Ajoudani A. Roles and planning tasks for mixed human-robot teams. 2021 30th IEEE International Conference on Robot & Human Interactive Communication (RO-MAN) / IEEE. Vancouver, 2021. Pp. 534–539. DOI: 10.1109/RO-MAN50785.2021.9515500Fusaro F., Lamon E., Momi E.D., Ajoudani A. An integrated dynamic method for allocating roles and planning tasks for mixed human-robot teams. 2021 30th IEEE International Conference on Robot & Human Interactive Communication (RO-MAN) / IEEE. Vancouver, 2021. Pp. 534–539. DOI: 10.1109/RO-MAN50785.2021.951550014. Lee M.-L., Behdad S., Liang X., Zheng M. Human-robot disassembly with human–robot collaboration. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2022. 76(2). 102306. Pp. 1–15. DOI: 10.1016/j.rcim.2021.102306Lee M.-L., Behdad S., Liang X., Zheng M. Task allocation and planning for product disassembly with human–robot collaboration. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2022. 76(2). 102306. Pp. 1–15. DOI: 10.1016/j.rcim.2021.10230615. Noormohammadi-Asl A., Ayub A., Smith S.L., Dautenhahn K. Task Selection and Planning in Human-Robot Collaborative Processes: To be a Leader or a Follower? 2022 31st IEEE International Conference on Robot & Human Interactive Communication (RO-MAN) / IEEE. Napoli, 2022. Pp. 1244–1251. DOI: 10.1109/RO-MAN53752.2022.9900770Noormohammadi-Asl A., Ayub A., Smith S.L., Dautenhahn K. Task Selection and Planning in Human-Robot Collaborative Processes: To be a Leader or a Follower? 2022 31st IEEE International Conference on Robot and Human Interactive Communication (RO-MAN) / IEEE. Napoli, 2022. Pp. 1244–1251. DOI: 10.1109/RO-MAN53752.2022.990077016. Jung Y., Kim H., Suh K.D., Park J.M. Human-Centered Dynamic Service Scheduling Approach in Multi-Agent Environments. Applied Sciences. 2022. 12(21). 10850. Pp. 1–18. DOI: 10.3390/app122110850Jung Y., Kim H., Suh K.D., Park J.M. Human-Centered Dynamic Service Scheduling Approach in Multi-Agent Environments. Applied Sciences. 2022. 12(21). 10850. Pp. 1–18. DOI: 10.3390/app12211085017. Zhang F., Zhang Y., Xu S. Collaboration effectiveness-based complex operations allocation strategy towards to human–robot interaction. Autonomous Intelligent Systems. 2022. 2:20. 1. Pp. 1–12. DOI: 10.1007/s43684-022-00039-xZhang F., Zhang Y., Xu S. Collaboration effectiveness-based complex operations allocation strategy towards to human–robot interaction. Autonomous Intelligent Systems. 2022. 2:20. 1. Pp. 1–12. DOI: 10.1007/s43684-022-00039-x18. Rahman S.M.M., Wang Y. Mutual trust-based subtask allocation for human–robot collaboration in flexible lightweight assembly. Mechatronics. 2018. No. 54. Pp. 94–109. DOI: 10.1016/j.mechatronics.2018.07.007Rahman S.M.M., Wang Y. Mutual trust-based subtask allocation for human–robot collaboration in flexible lightweight assembly in manufacturing. Mechatronics. 2018. No. 54. Pp. 94–109. DOI: 10.1016/j.mechatronics.2018.07.007