[發(fā)明專利]基于領航者切換的多機器人編隊續(xù)航方法

有效

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• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109270934B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 秦家虎;陳宇航;王帥;高炤;林奕爽
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李坤

本公開提供了一種基于領航者切換的多機器人編隊續(xù)航方法，包括：多個機器人形成編隊與地面基站建立通信；判斷當前編隊的領航者機器人的電量是否滿足所要完成領航者切換任務的最低電量要求，如果不滿足則結束編隊任務，如果滿足則繼續(xù)執(zhí)行；每個機器人基于當前的電量根據(jù)性能函數(shù)實時更新電量信息并傳送至領航者機器人；領航者機器人選擇性能函數(shù)中的最優(yōu)信息，判斷性能函數(shù)是否滿足閾值條件，不滿足閾值條件返回循環(huán)，滿足閾值條件則選擇提供最優(yōu)信息的跟隨者機器人作為待替換的領航者機器人；最后進行領航者機器人的替換。本公開充分利用編隊中所有機器人的續(xù)航能力，提高了編隊整體的續(xù)航時間。

技術領域

本公開涉及機器人編隊續(xù)航領域，尤其涉及一種基于領航者切換的多機器人編隊續(xù)航方法。

背景技術

現(xiàn)代社會仍有許多極限或危險環(huán)境不適宜人類活動，如臺風地震過后的搜救，軍事上的排雷及偵查等。在這些場合，如果能利用單個或多個機器人去代替人來完成任務，不僅能減少人員傷亡，也能有效提高效率。

多機器人的編隊控制是多個移動機器人在到達目的過程中，能夠收斂于某種期望的隊形，保持相對位置同時適應周圍環(huán)境的約束。近年來，隨著越來越多研究的深入，許多編隊控制算法被提出并應用到編隊控制中，最典型的就是領航者-跟隨者方法。領航者-跟隨者方法的基本思想是在多個機器人系統(tǒng)中選擇一個機器人作為領航者，其他機器人作為跟隨者，其控制過程使跟隨者以預期隊形跟隨領航者運動。

這種方法可以實現(xiàn)分布式編隊控制，但同時也帶來了一些新的問題，比如續(xù)航問題。領航者在運動過程中，對傳感器的使用次數(shù)以及通信頻率都比普通跟隨者高，因此更容易出現(xiàn)續(xù)航問題，如何提高多機器人編隊的續(xù)航問題也是當前的研究熱點之一。現(xiàn)有的編隊方法大多考慮達到一致性或提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電量管理調度問題較少涉及。在考慮領航者切換的問題時，也較少考慮到避免碰撞的情況。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種基于領航者切換的多機器人編隊續(xù)航方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種基于領航者切換的多機器人編隊續(xù)航方法，包括：

步驟A：多個機器人形成編隊并與地面基站建立通信，所述編隊中包括一個領航者機器人和多個跟隨者機器人；

步驟B：判斷當前編隊的領航者機器人的電量是否滿足所要完成領航者切換任務的最低電量要求，如果不滿足則結束編隊任務，如果滿足則繼續(xù)執(zhí)行；

步驟C：每個機器人基于當前的電量根據(jù)性能函數(shù)實時更新電量信息；

步驟D：每個跟隨機器人將更新的性能函數(shù)傳送至領航者機器人；

步驟E：領航者機器人自獲得跟隨者機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)信息的跟隨者機器人作為待替換的領航者機器人；

步驟F：進行領航者機器人的替換。

在本公開的一些實施例中，步驟A中形成編隊的多個機器人，領航者機器人作為根節(jié)點，跟隨者機器人依次作為領航者機器人的子節(jié)點，作為子節(jié)點的跟隨者機器人同時還作為其相鄰子節(jié)點的父節(jié)點；通信在相鄰節(jié)點間進行。

在本公開的一些實施例中，所述步驟A中還包括：在編隊移動過程中，每個機器人通過定位系統(tǒng)獲取自己的位置信息，并通過通信獲取相鄰機器人的信息；進行一致性計算保證編隊穩(wěn)定，所述一致性計算如下：

r_i＝(x_i，y_i，θ_i)