[發明專利]基于一致性算法的多機器人編隊控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810828015.5
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109032138B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 劉陽;劉流;馬倩;周國鵬;熊春萍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張學彪

1.基于一致性算法的多機器人編隊控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：圖像采集模塊采集多機器人的運動范圍的圖像，將圖像傳輸至主機；

步驟2：主機進行圖像處理，識別多機器人中每個機器人的位置信息，并根據該運動范圍建立坐標系，計算實際物理位置信息；

步驟3：通過數據傳輸模塊將位置信息從主機傳輸至每個機器人；單個機器人通過測速傳感器采集速度并結合位置信息，來執行一致性算法，最終實現編隊控制，具體為：

機器人通過無線通信模塊接收到坐標信息，并通過自身所帶增量式編碼器采集速度信息；根據虛擬領航的編隊思想，利用數學模型構造出實際的一致性控制協議，機器人根據自己在系統拓撲結構的位置，設計出不同的控制協議，實現編隊控制；

所述一致性控制協議為：

其中，x_i，v_i分別表示第i個智能體的位置與速度，x_j，v_j分別表示與智能體i鄰接的其他智能體的位置與速度，v_r表示虛擬領航者的速度，a_ij是鄰接矩陣的項，d_ij為機器人之間應當保持的距離值，k₁，c，k₂為未知常數；

整個系統表示為：

式中，x(t)∈Rⁿ，v(t)∈Rⁿ；A為鄰接矩陣，L拉普拉斯矩陣；為表示機器人之間距離信息的矩陣，表示Kronecker積；

定義誤差方程為：

令則定義Lyapunov方程，

V(t)＝e^T(t)Pe(t)

根據穩定性判據可得到，當存在正定矩陣P和正常數k₁，c，k₂時，滿足不等式，E^TP+PE＜0，則系統漸進穩定，其中根據此不等式選取合適的常數值，代入控制協議，得到實際的控制協議。

2.根據權利要求1所述的基于一致性算法的多機器人編隊控制方法，其特征在于，單個機器人的運動模型為：

其中，x_i，v_i分別表示第i個智能體的位置與速度，u_i表示第i個智能體待設定的控制協議，n表示智能體的數目。

3.根據權利要求2所述的基于一致性算法的多機器人編隊控制方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

在攝像頭進行圖像采集之前需要對攝像頭進行標定，計算攝像頭的內外參數，并建立相應坐標系；單個機器人上均帶有數字標識，攝像頭采集多個機器人運動范圍內的圖像，并通過千兆網線將圖像數據傳輸至主機。

4.根據權利要求2所述的基于一致性算法的多機器人編隊控制方法，其特征在于，所述步驟2具體為：

主機對傳輸的圖像數據進行處理，通過對機器人上的標識進行識別并計算每個機器人對應的實際物理坐標，并通過人機交互界面將采集的以及處理過的圖像進行顯示；主機通過RS-232串口將計算的坐標信息發送到單片機，之后通過無線通信模塊將坐標信息發送至每個機器人。