[發明專利]一種集群智能控制系統和方法

有效

• 申請號: 201710301002.8
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107422637B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 胡濤;張俐;丁林山;王鄭亞;邵修;金聰;徐陽陽;劉熠;杜謙
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 周磊;曹葆青

本發明屬于機器人領域，并公開了一種集群智能控制系統，包括上位機、WIFI模塊、微控制器、應變片、電機、陀螺儀和螺旋扇葉，所述應變片用于測量每個風扇作用在個體上的推力值并傳送給所述微控制器，所述微控制器基于獲得的實際推力值與目標推力值進行比較，從而實時調整電機的轉速；與此同時，所述微控制器通過陀螺儀獲得個體的當前角速度，從而獲得個體的當前姿態角度并實時調整電機的轉速差，進而實現個體的轉彎，以此方式，使集群機器人的每個個體均按設定軌跡運動。本發明能夠根據要求實時調整和控制集群機器人的動作，通過混合粒子群萬有引力算法優化機器人集群對象的運動軌跡。

技術領域

本發明屬于機器人控制領域，更具體地，涉及一種集群智能控制系統和方法。

背景技術

集群智能來源于群居性生物通過協作表現出的宏觀智能行為，具有分布式、無中心、自組織的特點。將群體原理應用于機器人等控制對象上，每個機器人自身只具有相當簡單的功能，但集群之后的群體行為則相當復雜多樣。集群機器人可以被認為是一個分布式系統。集群機器人能夠提高故障冗余度，集群機器人包括地面集群機器人、空中機器人也就是無人機集群、水面和水下集群機器人等多種形式。

集群控制系統要實現相互間的協同就必須確定個體對象之間邏輯上和物理上的信息關系和控制關系，針對這些問題而進行的體系結構研究可以將系統的結構和控制結合起來，保證系統中信息流和控制流的暢通，為機器人之間的交互提供框架。集群控制算法需要保證多個控制個體之間能有效地進行協同，應對緊急狀況能夠迅速做出反應。

目前的集群控制系統，普遍存在動態響應速度慢，控制過程復雜，控制精度低等問題。尤其在響應速度方面，很難達到實時控制的要求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種集群智能控制系統和方法，能夠根據要求實時調整和控制集群機器人的動作，優化集群機器人的總軌跡路徑。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種集群智能控制系統，其特征在于，包括上位機、WIFI模塊、微控制器、應變片、電機、陀螺儀和螺旋扇葉，其中，

所述上位機通過所述WIFI模塊與所述微控制器連接；

所述微控制器分別連接應變片、電機和陀螺儀；

集群機器人中每個個體上均安裝所述應變片、電機和陀螺儀，每個個體上設置多個所述電機，每個所述電機上均連接所述螺旋扇葉，以用于推動個體移動，所述微控制器通過所述電機帶動所述螺旋扇葉旋轉，并且所述微控制器通過改變PWM占空比的方式控制所述電機的轉速，以獲得個體移動所需要的推力；

所述應變片用于測量每個風扇作用在個體上的推力值并傳送給所述微控制器，所述微控制器基于獲得的實際推力值與目標推力值進行比較，從而實時調整電機的轉速；與此同時，所述微控制器通過陀螺儀獲得個體的當前角速度，從而獲得個體的當前姿態角度并實時調整電機的轉速差，進而實現個體的轉彎，以此方式，使集群機器人的每個個體均按設定軌跡運動，進而實現對集群機器人運動的總軌跡路徑的控制。

按照本發明的另一個方面，還提供了一種集群機器人智能控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)微控制器獲取測量數據，所述測量數據包括所有個體的位置信息、速度信息、角度信息和加速度信息；

2)微控制器將數據傳送給上位機，上位機根據上一次獲得的測量數據和總軌跡路徑是否異常，如果是，則進入步驟3)，如果否，則進入步驟4)；其中集群機器人中每個個體分別具有運動軌跡，所有個體的運動軌跡共同形成集群機器人的所述總軌跡路徑；

3)混合粒子群萬有引力算法接收異常信息，并根據異常狀況重新計算集群機器人的最優總軌跡路徑；