[發(fā)明專利]一種多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)半自主編隊(duì)及避障控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910975094.7
• 申請(qǐng)日: 2019-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN110703751B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋光明;秦留界;程琳琳;韋中;曾洪;宋愛(ài)國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 郭微

1.一種多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)半自主編隊(duì)及避障控制方法，其特征在于，具體方法為：多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)在保持隊(duì)形前進(jìn)的過(guò)程中在通過(guò)單側(cè)障礙物環(huán)境時(shí)，首先利用控制算法進(jìn)行全自主避障，計(jì)算出剛體最前方機(jī)器人下一時(shí)刻的目標(biāo)位置，在移動(dòng)的過(guò)程中各個(gè)編隊(duì)成員的相對(duì)位姿保持不變，保持一個(gè)固定的剛體結(jié)構(gòu)；當(dāng)觀測(cè)到編隊(duì)后方的機(jī)器人與障礙物的距離小于安全距離時(shí)，即全自主避障無(wú)法滿足時(shí)，采用結(jié)合力反饋手控器的半自主避障方法控制剛體的移動(dòng)方向；在通過(guò)雙側(cè)障礙物環(huán)境時(shí)，先采用單側(cè)障礙環(huán)境下的半自主避障方法，若無(wú)法滿足要求，則采用基于分布式通信的隊(duì)形切換方法改變隊(duì)形順利通過(guò)障礙；在通過(guò)單側(cè)障礙物環(huán)境時(shí)，把整個(gè)機(jī)器人編隊(duì)看作一個(gè)虛擬的剛體，剛體內(nèi)任意兩個(gè)機(jī)器人的相對(duì)位姿保持不變，首先利用無(wú)操作人員干預(yù)的全自主避障方法，剛體最前方的成員計(jì)算出下一時(shí)刻的位置坐標(biāo)廣播給每個(gè)編隊(duì)成員，同時(shí)在虛擬剛體框架坐標(biāo)下為每一個(gè)機(jī)器人建立一個(gè)矢量，當(dāng)某個(gè)機(jī)器人偏離預(yù)想的坐標(biāo)時(shí)，用強(qiáng)制矢量把它拉回所需位置保持機(jī)器人成員的相對(duì)位姿不變，同時(shí)避免編隊(duì)與障礙物碰撞；當(dāng)上述全自主避障方法效果不太理想時(shí)，采用一種半自主的避障方法，在剛體質(zhì)心位置建立一個(gè)虛擬的剛體矢量，用力反饋手控器控制該虛擬剛體矢量，改變整個(gè)編隊(duì)的方向和速度；所述機(jī)器人編隊(duì)由3-5個(gè)載有激光雷達(dá)和深度相機(jī)的差速機(jī)器人組成，多機(jī)器人系統(tǒng)隊(duì)形采用預(yù)定義，即提前定義不同機(jī)器人之間的距離和角度；所述多機(jī)器人系統(tǒng)中的矢量是基于虛擬剛體坐標(biāo)系下建立的向量，包括兩個(gè)層次；第一個(gè)層次的矢量適用于剛體，作用于剛體的質(zhì)心位置，方向和大小由力反饋手控器決定；第二個(gè)層次的矢量適用于剛體內(nèi)部的每個(gè)獨(dú)立的機(jī)器人，且矢量的起點(diǎn)都與機(jī)器人質(zhì)心重合，作用于領(lǐng)頭機(jī)器人的矢量F1其大小與第一個(gè)層次作用于剛體的矢量大小相同，作用其他成員的矢量由編隊(duì)成員的相對(duì)位姿決定；所述力反饋手控器是具有3個(gè)位置自由度、3個(gè)關(guān)節(jié)自由度的力反饋輸出設(shè)備，同時(shí)通過(guò)位置一一映射，把手控器的空間位置映射到虛擬剛體即編隊(duì)領(lǐng)頭機(jī)器人在世界坐標(biāo)系里的坐標(biāo)位置；在通過(guò)雙側(cè)障礙物環(huán)境時(shí)，采用多機(jī)器人系統(tǒng)編隊(duì)切換策略，若障礙之間的距離大于編隊(duì)的最大寬度，則利用單側(cè)障礙環(huán)境里的半自主避障方法，若障礙之間的距離小于編隊(duì)的最大寬度，需要改變現(xiàn)有的剛體結(jié)構(gòu)，切換隊(duì)形為一字隊(duì)形或合適的隊(duì)形順利通過(guò)障礙環(huán)境；所述分布式通信是指編隊(duì)內(nèi)的各個(gè)成員之間都有通信渠道，在隊(duì)形切換時(shí)編隊(duì)的領(lǐng)頭機(jī)器人發(fā)布位置信息，其它成員接收后做出相應(yīng)的位姿調(diào)整；所述多機(jī)器人系統(tǒng)編隊(duì)切換策略是指利用最小剛性圖理論增加編隊(duì)成員內(nèi)部的相互約束關(guān)系，結(jié)合反饋控制保證隊(duì)形切換時(shí)的收斂性；所述反饋控制是指編隊(duì)成員B收到成員A的位置信息后，根據(jù)控制算法調(diào)整自身位姿，并把實(shí)時(shí)位置信息發(fā)送給成員A，計(jì)算出兩者之間的相對(duì)位置關(guān)系，與上一時(shí)刻的相對(duì)位置關(guān)系對(duì)比，求出誤差，反饋給成員B并不斷做出調(diào)整，直到相對(duì)誤差為零。