[發(fā)明專利]一種基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210408924.6
• 申請(qǐng)日: 2012-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN102915465A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪建軍;仰曉芳;王楚;吳文波;李新云;殷霞紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): G06N3/02
• 分類號(hào): G06N3/02;G01C21/34;G05D1/02
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，屬于多機(jī)器人協(xié)作控制技術(shù)領(lǐng)域，是人工智能與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用。

背景技術(shù)

多機(jī)器人編隊(duì)的應(yīng)用范圍很廣，可以在軍事、航空航天、探測、災(zāi)害處理等方而做出突出的貢獻(xiàn)，并且多機(jī)器人編隊(duì)控制的研究是多機(jī)器人協(xié)作研究的重要內(nèi)容之一，其研究具有重要理論和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，包括以下步驟：

步驟（1）：多機(jī)器人系統(tǒng)中的每個(gè)機(jī)器人被看作一個(gè)智能體，每個(gè)機(jī)器人攜帶動(dòng)感檢測攝像機(jī)、超聲波傳感器、激光測距儀和無線通訊設(shè)備進(jìn)行工作；

步驟（2）：智能機(jī)器人通過動(dòng)感檢測攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲得環(huán)境中的圖像信息，超聲波傳感器用于感知環(huán)境中的目標(biāo)及障礙物，并由激光測距儀來確定目標(biāo)和障礙物的位置，并將動(dòng)感檢測攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測距儀測得的環(huán)境信息通過無線通訊設(shè)備轉(zhuǎn)換為廣播信息傳給其他機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)信息共享；

步驟（3）：任務(wù)開始時(shí)，首先在多機(jī)器人系統(tǒng)中隨機(jī)確定一個(gè)為領(lǐng)航機(jī)器人，領(lǐng)航機(jī)器人根據(jù)任務(wù)中實(shí)際目標(biāo)位置信息以及其他機(jī)器人廣播得到的環(huán)境信息，結(jié)合自身動(dòng)感檢測攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測距儀所探測到的信息，利用移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立實(shí)時(shí)地圖，計(jì)算到達(dá)實(shí)際目標(biāo)位置的最佳路徑，然后利用生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行導(dǎo)航；

步驟（4）：領(lǐng)航機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)自身的實(shí)時(shí)位置信息，利用基于leader-referenced算法的編隊(duì)模型，計(jì)算所要求保持隊(duì)形中各個(gè)跟隨機(jī)器人應(yīng)該到達(dá)的指定位置，并將其作為各個(gè)跟隨機(jī)器人的虛擬目標(biāo)；

步驟（5）：領(lǐng)航機(jī)器人根據(jù)各跟隨機(jī)器人當(dāng)前的實(shí)際位置信息，通過SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)時(shí)地將上面計(jì)算得到的各個(gè)虛擬目標(biāo)在各跟隨機(jī)器人中進(jìn)行分配，然后通過無線通訊將該虛擬目標(biāo)位置發(fā)送給對(duì)應(yīng)的跟隨機(jī)器人；

步驟（6）：各跟隨機(jī)器人根據(jù)領(lǐng)航機(jī)器人實(shí)時(shí)發(fā)送的虛擬目標(biāo)位置信息以及其他機(jī)器人廣播的環(huán)境信息，并根據(jù)自身動(dòng)感檢測攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測距儀探測得到的信息，利用移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立實(shí)時(shí)地圖，計(jì)算到達(dá)其對(duì)應(yīng)虛擬目標(biāo)的最佳路徑，并進(jìn)行導(dǎo)航，從而實(shí)現(xiàn)與領(lǐng)航機(jī)器人以及其他機(jī)器人保持要求的隊(duì)形；為了防止機(jī)器人之間互相碰撞，這里將其他機(jī)器人當(dāng)做障礙物處理；即可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人編隊(duì)以要求的各種隊(duì)形，并最佳導(dǎo)航到達(dá)目標(biāo)。在運(yùn)動(dòng)過程中，如果任務(wù)目標(biāo)和所要求隊(duì)形發(fā)生改變，只需在領(lǐng)航機(jī)器人中調(diào)整實(shí)際目標(biāo)位置和相應(yīng)的隊(duì)形模型即可。

所述步驟（2）中廣播信息具體是指，廣播信息的內(nèi)容和格式如下：

A={x,y,z,flag}

其中，(x,y,z)表示環(huán)境中的三維位置坐標(biāo)；flag表示其對(duì)應(yīng)狀態(tài)的標(biāo)志位，其對(duì)應(yīng)的內(nèi)容為：

所述步驟（4）中基于leader-referenced算法的編隊(duì)模型具體是指：

(3a)：若定義R₀為領(lǐng)航機(jī)器人，其實(shí)際目標(biāo)位置坐標(biāo)為(x₀,y₀,z₀)，R_i為第i個(gè)跟隨機(jī)器人，則其虛擬目標(biāo)位置坐標(biāo)為(x_i,y_i,z_i)，其計(jì)算公式根據(jù)編隊(duì)任務(wù)的不同而不同，例如編隊(duì)的隊(duì)形為同一平面的一字隊(duì)形，則各跟隨機(jī)器人的虛擬目標(biāo)位置計(jì)算函數(shù)為：

其中，α為隊(duì)形的傾角，一字隊(duì)形時(shí)α=0；γ為機(jī)器人間的距離；

(3b)：在基于leader-referenced編隊(duì)中，各跟隨機(jī)器人的虛擬目標(biāo)坐標(biāo)位置根據(jù)領(lǐng)航機(jī)器人的坐標(biāo)位置、隊(duì)形的角度、機(jī)器人之間的相對(duì)距離來確定的；領(lǐng)航機(jī)器人的任務(wù)是不斷朝著任務(wù)規(guī)定的實(shí)際目標(biāo)不斷運(yùn)動(dòng)，而跟隨機(jī)器人通過從領(lǐng)航機(jī)器人處獲取虛擬目標(biāo)的信息，不斷向虛擬目標(biāo)靠近，從而實(shí)現(xiàn)整體編隊(duì)隊(duì)形的同時(shí)，朝實(shí)際目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。

所述步驟（5）中SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法具體是指：

(4a)：SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分為兩層：輸入層為目標(biāo)的位置，輸出層包括機(jī)器人的坐標(biāo)及到達(dá)目標(biāo)的規(guī)劃路徑；

(4b)：基于SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的計(jì)算公式如下：