[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

本發明給出一種基于一致性算法的多機器人編隊控制系統及方法，屬于智能控制領域。該系統包括圖像采集模塊、主機、數據傳輸模塊和多個機器人；圖像采集模塊通過攝像頭全局采集多個機器人圖像，傳輸給主機進行圖像處理，建立坐標系，識別每個機器人的位置信息；主機通過數據傳輸模塊將位置信息發送給機器人；每個機器人上有多個傳感器，采集所需數據。利用虛擬領導的思想，在機器人上控制模塊通過一致性算法計算控制量，完成多個機器人的編隊控制。本發明利用傳統編隊方法的思想，在此基礎上利用一致性算法對多個機器人進行編隊控制，簡單快速地完成任務。

技術領域

本發明屬于智能控制領域，特別涉及基于一致性算法的多機器人編隊控制系統及方法。

背景技術

隨著科學技術的進步，機器人的數量快速增長，并逐步進入到人類生活的各個領域。機器人的工作環境不斷變化，單個機器人不能很好的承擔相應工作，難以滿足相應的需求。為了滿足諸如此類的需求，提出了多機器人系統，通過個體的行為有機結合實現整體系統的協作。多機器人協作,彌補了了單個機器人的能力的不足，通過并行的方式提高解決問題的能力。因而，多機器人協作具有很多優點，可以縮短工作時間，提高工作效率；多機器人系統的冗余性和平行性可以提高整個系統的魯棒性和柔性；多個簡單的機器人的設計和制造工藝比單個復雜機器人成本更低。編隊控制是多機器人協作的典型問題，編隊控制就是多個機器人在到達目的地的過程中，保持某種隊形，同時又要適應環境約束。編隊控制在軍事、生產等各個領域有廣泛的應用，尤其是在軍事領域有著廣泛的應用，例如無人機的編隊飛行。

一致性問題是多智能體系統的一個基本問題，主要通過一致性協議來控制一組具有不同初始狀態的多智能體在一定時間內達到同一個狀態。而編隊控制中的多個機器人可看作一個多智能體系統，符合多智能體系統的基本特點。目前，編隊控制方法也有很多，但大多有一定的使用限制，因此考慮利用一致性協議來找到一種使用范圍更廣，控制效果更好的編隊控制方法和系統。

發明內容

本發明的目的是對于單一編隊控制方法的局限性，提出一種基于一致性算法的多機器人編隊控制系統及方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：本發明給出一種基于一致性算法的多機器人編隊控制系統，包括圖像采集模塊、主機、數據傳輸模塊和多個機器人：

所述圖像采集模塊，用于采集多個機器人所在運動范圍的圖像，傳輸至主機；

所述主機，用于對所采集圖像進行圖像處理，建立相應坐標系，計算出多個機器人的坐標信息，并將坐標信息通過數據傳輸模塊發送至機器人；

所述數據傳輸模塊，用于將主機計算的多個機器人的坐標信息發送至多個機器人；

所述多個機器人，每個機器人接收來自主機的坐標信息，并采集機器人本身所帶傳感器的數據，根據這些數據執行一致性算法，完成編隊任務。

所述圖像采集模塊包括：一個攝像頭，將采集的圖像發送給主機的網絡接口。

所述主機包括：顯示所采集圖像及處理過的圖像的人機交互界面，對所采集圖像進行圖像處理，計算多個機器人的坐標信息。

所述數據傳輸模塊包括：與主機相連的數據傳輸接口，與多機器人進行通信的無線通信模塊。

所述多機器人包括：與主機通信的無線通信模塊，采集機器人相關數據的傳感器，包括測速的編碼器，傳感器所采集數據均與控制模塊相連，為機器人提供動力的供電模塊，實現編隊控制的控制模塊。

本發明提出基于一致性算法的多機器人編隊控制方法，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；