[發明專利]網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法及系統

在審

• 申請號: 202010325976.1
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111522341A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 黃凱倫;董玖旺;梁昌鐸;葛明峰;丁騰飛
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 萬文廣

本發明提供一種網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法和系統，方法包括以下步驟：獲取多個跟蹤目標的運動軌跡，確定多個跟蹤目標的位置數據；對多個跟蹤目標建立運動學模型，得到每個控制時刻多個跟蹤目標的速度數據和加速度數據；依據傳統的拉格朗日動力學方程，對多個網絡異構機器人建立動力學模型；獲取多個網絡異構機器人和多個跟蹤目標之間的通訊拓撲關系，在滿足通訊拓撲關系的前提下，結合動力學模型，設計網絡異構機器人系統的分層協同控制器，實現網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制。本發明提供的技術方案帶來的有益效果：實現多個領導者控制，同時處理多個任務。

技術領域

本發明涉及分布式人工智能技術領域，尤其涉及一種網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法及系統。

背景技術

多智能體系統是20世紀末至21世紀初分布式人工智能領域的國際前沿研究課題，其核心支撐理論是人工智能、分布式控制和分布式計算。進入21世紀，人們在解決大型、復雜的工程問題時，發現單個智能體的能力已經無法勝任，需要多個智能體在網絡環境下以信息通訊的方式組成多智能體系統協同地解決工程問題。典型的多智能體系統包括多機器人系統，多無人機系統，智能電網和分布式衛星系統等。

但是，目前大多數的網絡多機器人系統的控制方法僅適用于單個領導者的系統，且局限于研究關節空間下的非冗余機器人。

發明內容

有鑒于此，本發明的實施例提供了一種網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法及系統，實現多個領導者控制，同時處理多個任務。

本發明的實施例提供一種網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法，包括以下步驟：

步驟S1、網絡異構機器人系統由多個跟蹤目標和多個網絡異構機器人組成，所述多個網絡異構機器人分為多組，一組所述網絡異構機器人分別對應一個所述跟蹤目標以構成一個子群，獲取所述多個跟蹤目標的運動軌跡，確定每個控制時刻所述多個跟蹤目標的位置數據；

步驟S2、對所述多個跟蹤目標建立運動學模型，根據所述多個跟蹤目標的位置數據，依據所述多個跟蹤目標的運動學模型，得到每個控制時刻所述多個跟蹤目標的速度數據和加速度數據；

步驟S3、根據每個控制時刻所述多個跟蹤目標的速度數據和加速度數據、和所述多個網絡異構機器人的物理參數，依據傳統的拉格朗日動力學方程，對所述多個網絡異構機器人建立動力學模型；

步驟S4、獲取所述多個網絡異構機器人和所述多個跟蹤目標之間的通訊拓撲關系，在滿足所述通訊拓撲關系的前提下，結合所述動力學模型，設計網絡異構機器人系統的分層協同控制器，實現網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制。

進一步地，步驟S2中所述多個跟蹤目標的運動學模型的表達式為：

其中，k為跟蹤目標的序號，x_k,r、v_k,r和a_k,r分別表示第k個跟蹤目標的位置數據、速度數據和加速度數據。

進一步地，步驟S3中所述動力學模型的表達式為：

其中，i為網絡異構機器人的序號，q_i為網絡異構機器人關節空間的廣義坐標，分別為網絡異構機器人關節空間的速度和加速度，x_i為網絡異構機器人任務空間的廣義坐標，是網絡異構機器人任務空間的速度，H_i(q_i)、g_i(q_i)分別表示正定慣性矩陣、科里奧利離心矩陣和重力矩陣，μ_i為輸出力矩，μ_i,d為外部擾動，表示雅可比矩陣，雅可比矩陣是有界和非奇異的。

進一步地，所述分層協同控制器的表達式為：