[發明專利]一種群體隊形快速變換的控制方法

在審

• 申請號: 201910408728.0
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110209191A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 朱紹軍;劉邦權;劉東權;孫德超;辛士慶;陳雙敏
• 申請（專利權）人: 湖州師范學院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/02
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 龍洋

1.一種群體隊形快速變換的控制方法，其特征在于，包括步驟：

為待操作群體在預設邊界內進行個體位置采樣；

計算所述待操作群體中各個體從源點到目標點的最短路徑；

計算所述待操作群體各個體之間的相互作用力；

根據所述各個體最短路徑及各個體之間的相互作用力進行群體隊形的運動控制。

2.如權利要求1所述的一種群體隊形快速變換的控制方法，其特征在于，還包括步驟：

基于質心Voronoi結構和L-bfgs算法為群體在預設邊界內進行個體位置采樣。

3.如權利要求2所述的一種群體隊形快速變換的控制方法，其特征在于，還包括步驟：

建立Voronoi質心圖，所述Voronoi質心圖由Voronoi多邊形結構組成；

初始化n個種子點位置對于每一個點x_i(i＝1,…,n),計算與之對應的voronoi區域V_i，Voronoi結構V_i的數學表達式為：

V_i＝{x∈R²:||x-p_i||≤||x-p_j||,j＝1,…,n；i≠j} (1)

對于每一個voronoi區域V_i(i＝1,…,n)，計算其對應的質心v_i，每個Voronoi結構V_i的質心v_i為：

其中，ρ(x)為區域的密度函數，當種子點和質心點重合時,區域V_i為CVT剖分能量函數：

通過最小化能量函數積分函數獲得劃分區域的所有質心，使用梯度下降法計算Voronoi結構的質心，能量函數的梯度公式為：

式中，c_i為當前區域V_i的質心，為區域V_i的質量。

4.如權利要求2所述的一種群體隊形快速變換的控制方法，其特征在于，還包括步驟：

在進行個體位置采樣時分為至少兩部分進行計算；

將第一部分待操作群體分布至預設邊界的形狀邊界上，將第二部分待操作群體分布至預設邊界的形狀內部，所述Voronoi區域內的CVT剖分能量函數為：

對應的梯度公式為：

式中，第一部分待操作群體在預設邊界的形狀邊界上生成m個點，其Voronoi結構為V_i，第二部分待操作群體分布到預設邊界的形狀內部，即在形狀內部區域生成k個點，其Voronoi結構記為W_j；s為預設邊界表面的面積，l為形狀邊界的周長。

5.如權利要求1所述的一種群體隊形快速變換的控制方法，其特征在于，還包括步驟：

使用Kuhn–Munkres算法求解個體從源點到目標點的全局最短運動路徑匹配。

6.如權利要求5所述的一種群體隊形快速變換的控制方法，其特征在于，所述使用Kuhn–Munkres算法具體為：

式中，d_ij為第i(1≤i≤M)個初始隊形群體的個體P_si到最終隊形群體中第j(1≤j≤N)目標P_tj之間的距離，并且，上述函數的限制條件為:

X_ij∈{1,0} (10)

其中表示初始群體中的每個個體移動至一個目標位置，表示目標群體中的個體位置由一個個體占據。

7.如權利要求1所述的一種群體隊形快速變換的控制方法，其特征在于，還包括步驟：

基于SPH方法計算個體之間的相互作用力。