[發(fā)明專利]基于領(lǐng)航者切換的多機(jī)器人編隊(duì)續(xù)航方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811298211.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN109270934B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦家虎;陳宇航;王帥;高炤;林奕爽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李坤

1.一種基于領(lǐng)航者切換的多機(jī)器人編隊(duì)續(xù)航方法，包括：

步驟A：多個(gè)機(jī)器人形成編隊(duì)并與地面基站建立通信，所述編隊(duì)中包括一個(gè)領(lǐng)航者機(jī)器人和多個(gè)跟隨者機(jī)器人；

步驟B：判斷當(dāng)前編隊(duì)的領(lǐng)航者機(jī)器人的電量是否滿足所要完成領(lǐng)航者切換任務(wù)的最低電量要求，如果不滿足則結(jié)束編隊(duì)任務(wù)，如果滿足則繼續(xù)執(zhí)行；

步驟C：每個(gè)機(jī)器人基于當(dāng)前的電量根據(jù)性能函數(shù)實(shí)時(shí)更新電量信息；

步驟D：每個(gè)跟隨機(jī)器人將更新的性能函數(shù)傳送至領(lǐng)航者機(jī)器人；

步驟E：領(lǐng)航者機(jī)器人自獲得跟隨者機(jī)器人傳送的性能函數(shù)中選擇最優(yōu)信息，判斷提供最優(yōu)信息的跟隨者機(jī)器人的性能函數(shù)是否滿足閾值條件，不滿足閾值條件返回步驟B，滿足閾值條件則選擇提供最優(yōu)信息的跟隨者機(jī)器人作為待替換的領(lǐng)航者機(jī)器人；

步驟F：進(jìn)行領(lǐng)航者機(jī)器人的替換；所述步驟F包括：

步驟F1：在領(lǐng)航者機(jī)器人的位置和用于替換領(lǐng)航者機(jī)器人的跟隨者機(jī)器人的位置，創(chuàng)建一個(gè)虛擬領(lǐng)航者和虛擬跟隨者；

步驟F2：虛擬領(lǐng)航者/虛擬跟隨者按照被創(chuàng)建時(shí)領(lǐng)航者機(jī)器人/跟隨者機(jī)器人的速度和姿態(tài)信息向相鄰跟隨者機(jī)器人發(fā)送信息，被替換領(lǐng)航者機(jī)器人運(yùn)動(dòng)目標(biāo)為虛擬跟隨者所在位置；

步驟F3：選擇的下一領(lǐng)航者機(jī)器人的目標(biāo)位置為虛擬領(lǐng)航者所在位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多機(jī)器人編隊(duì)續(xù)航方法，其中，步驟A中形成編隊(duì)的多個(gè)機(jī)器人，領(lǐng)航者機(jī)器人作為根節(jié)點(diǎn)，跟隨者機(jī)器人依次作為領(lǐng)航者機(jī)器人的子節(jié)點(diǎn)，作為子節(jié)點(diǎn)的跟隨者機(jī)器人同時(shí)還作為其相鄰子節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)；通信在相鄰節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多機(jī)器人編隊(duì)續(xù)航方法，其中，所述步驟A中還包括：在編隊(duì)移動(dòng)過程中，每個(gè)機(jī)器人通過定位系統(tǒng)獲取自己的位置信息，并通過通信獲取相鄰機(jī)器人的信息；進(jìn)行一致性計(jì)算保證編隊(duì)穩(wěn)定，所述一致性計(jì)算如下：

r_i＝(x_i，y_i，θ_i)

其中，r_i為編隊(duì)中機(jī)器人i的當(dāng)前位置；為編隊(duì)中機(jī)器人i的當(dāng)前速度；r_i^d為編隊(duì)中機(jī)器人i相對(duì)于參考系的目標(biāo)位置；為編隊(duì)中機(jī)器人i的期望速度；α_i為比例系數(shù)；a_ij為鄰接矩陣系數(shù)，當(dāng)j-＞i時(shí)，a_ij＞0，否則a_ij＝0。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多機(jī)器人編隊(duì)續(xù)航方法，其中，所述步驟C包括：

子步驟C1：計(jì)算領(lǐng)航者機(jī)器人的電量消耗為Vol(0)＝Vol(0)-αt

其中，α為比例系數(shù)；

子步驟C2：根據(jù)子步驟C1提供的領(lǐng)航者機(jī)器人的電量消耗，計(jì)算跟隨者機(jī)器人的電量消耗為Vol(i)＝Vol(i)-αβt

其中0＜β＜1，代表跟隨者機(jī)器人與領(lǐng)航者機(jī)器人的耗電比；

子步驟C3：基于子步驟C1和子步驟C2，根據(jù)性能函數(shù)更新電量信息，性能函數(shù)為：

其中，v_i表示第i個(gè)跟隨者機(jī)器人的移動(dòng)速度，dist(0，i)表示第i個(gè)跟隨者機(jī)器人與當(dāng)前領(lǐng)航者機(jī)器人的歐式距離，obst(0，i)是指從第i個(gè)跟隨者機(jī)器人移動(dòng)到領(lǐng)航者機(jī)器人所預(yù)估的避障代價(jià)；γ為比例系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多機(jī)器人編隊(duì)續(xù)航方法，其中，所述步驟D包括：

子步驟D1：作為子節(jié)點(diǎn)的跟隨者機(jī)器人將各自的性能函數(shù)數(shù)據(jù)傳送至與其相鄰的作為父節(jié)點(diǎn)的跟隨者機(jī)器人；

子步驟D2：所述子步驟D1中作為父節(jié)點(diǎn)的跟隨者機(jī)器人將收集到的性能函數(shù)數(shù)據(jù)和自身性能函數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；

子步驟D3：根據(jù)執(zhí)行目標(biāo)定義最優(yōu)值，記錄最優(yōu)值并順次向相鄰的父節(jié)點(diǎn)跟隨者機(jī)器人傳送，直至將數(shù)據(jù)傳送至領(lǐng)航者機(jī)器人為止。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多機(jī)器人編隊(duì)續(xù)航方法，其中，所述步驟E中的所述閾值條件為：

f(0)＜λ*max*(f(i))，i＝1，2，...，n

其中，f(0)為領(lǐng)航者機(jī)器人的性能函數(shù)；max*(f(i))為跟隨者機(jī)器人中性能函數(shù)的最優(yōu)值；λ為系數(shù)。