[發(fā)明專利]一種多空間機(jī)器人分布式協(xié)同操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010515768.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111625012B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常海濤;黃攀峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 西安凱多思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種多空間機(jī)器人分布式協(xié)同操作方法，其特征在于：系統(tǒng)中有N個(gè)機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人均有唯一身份標(biāo)識(shí)ID，所有機(jī)器人的ID的集合為X，定義ID＝0為非法標(biāo)識(shí)；設(shè)身份標(biāo)識(shí)為ID_i的機(jī)器人為機(jī)器人i；機(jī)器人i記錄系統(tǒng)中所有與之相連的機(jī)器人的ID列表，記為其中各元素分別表示機(jī)器人i的接口1至接口n_i相連的機(jī)器人的ID值，起始值為0；操作步驟如下：

步驟1、連接拓?fù)涮綔y(cè)和更新：每個(gè)機(jī)器人j∈X均每隔T秒進(jìn)行連接拓?fù)涮綔y(cè)和更新，其中T≥DΔt，D為多機(jī)器人鏈接拓?fù)錈o(wú)向圖的直徑，由機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錄Q定；Δt為機(jī)器人之間信息交互時(shí)間間隔，每個(gè)機(jī)器人主動(dòng)發(fā)送連接探測(cè)信息或回復(fù)相鄰機(jī)器人的連接探測(cè)信息；

機(jī)器人j主動(dòng)發(fā)送連接探測(cè)信息的流程：

機(jī)器人j采用網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域通識(shí)方法通過(guò)自身的所有數(shù)據(jù)接口發(fā)送連接請(qǐng)求，所傳輸?shù)男畔緳C(jī)器人的標(biāo)識(shí)ID_j；若機(jī)器人j的接口p，1≤p≤n_j接收到相鄰機(jī)器人的回復(fù)的連接探測(cè)信息，讀取到其中包含的與接口p相連的機(jī)器人的標(biāo)識(shí)為ID_k，則令l_jp＝ID_k；若接口p未接收到回復(fù)，則意味著接口p未連接機(jī)器人或連接機(jī)器人失效，則令l_jp＝0；

回復(fù)相鄰機(jī)器人的連接探測(cè)信息的流程：

機(jī)器人j的接口r接收到相鄰機(jī)器人的連接探測(cè)信息，讀取到其中包含的與接口r相連的機(jī)器人的標(biāo)識(shí)為ID_k，令L_jr＝ID_k，并通過(guò)接口r回復(fù)自身的連接探測(cè)信息；機(jī)器人j的接口r接收到相鄰機(jī)器人的連接探測(cè)信息，讀取到其中包含的與接口r相連的機(jī)器人的標(biāo)識(shí)為ID_k，令L_jr＝ID_k，并通過(guò)接口r回復(fù)自身的連接探測(cè)信息；

本步驟持續(xù)定時(shí)循環(huán)執(zhí)行；

步驟2、控制參數(shù)初始化：

所有機(jī)器人中接收地面遙控指令的機(jī)器人的集合為C_com，集合大小為 N_com(1≤N_com≤N)

所有機(jī)器人ID_l∈C_com接收到地面測(cè)控站發(fā)送的期望姿態(tài)σ_d，記錄接收時(shí)間T_l；

機(jī)器人l根據(jù)自身信息連接列表L_l，將σ_d和T_l發(fā)送給L_l中的所有相鄰機(jī)器人m，機(jī)器人m接收到σ_d和T_l后，比較T_l和T_m；

若T_l＞T_m，則更新自身記錄的σ_d，令T_m＝T_l，并將σ_d和更新時(shí)間T_m向除機(jī)器人l外的所有相鄰機(jī)器人進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)；否則忽略；

步驟3、計(jì)算所有機(jī)器人的控制力矩：

機(jī)器人ID_ξ∈X利用傳感器測(cè)得用修正羅德里格斯參數(shù)表示的機(jī)器人姿態(tài)σ_ξ∈R³、角速度ω_ξ∈R³和角加速度；

每個(gè)機(jī)器人控制參數(shù)為三組：

包括參數(shù)參數(shù)D_ξ＝diag(δ_ξ1,δ_ξ2,δ_ξ3)、K_ξ＝diag(κ_ξ1,κ_ξ2,κ_ξ3)，其中δ_ξ1,δ_ξ2,δ_ξ3≥0，κ_ξ1,κ_ξ2,κ_ξ3＞0，所有機(jī)器人的控制參數(shù)初始值均設(shè)定為一致，并在步驟5進(jìn)行更新；根據(jù)控制參數(shù)J_ξ、D_ξ、K_ξ和期望姿態(tài)σ_d計(jì)算機(jī)器人ξ的控制力矩τ_ξ，計(jì)算方式如下：

；

其中：σ_e為修正羅德里斯參數(shù)表示下的姿態(tài)誤差；

步驟4、參數(shù)比例因子計(jì)算：

每個(gè)機(jī)器人根據(jù)自身剩余能量計(jì)算自身的參數(shù)比例因子，對(duì)于機(jī)器人ID_ζ∈X，參數(shù)比例因子W_ζ＝[W_ζ1 W_ζ2 W_ζ3]，其中各元素取值范圍為[0 1]，計(jì)算方式如下：

情況1：若機(jī)器人ζ執(zhí)行器為推力器，其剩余推進(jìn)劑計(jì)算為：

其中：A為常數(shù)，取值范圍為3～100；B為常數(shù)，取值范圍為1～10；e_ζ為機(jī)器人剩余推進(jìn)劑質(zhì)量，e_full為機(jī)器人燃料儲(chǔ)箱的總量；

情況2：若機(jī)器人ζ執(zhí)行器為三個(gè)正交安裝的反作用飛輪，其剩余能量計(jì)算為：

其中：r_ζ1、r_ζ2、r_ζ3分別為機(jī)器人ζ三個(gè)反作用飛輪的旋轉(zhuǎn)速度；r_full為飛輪飽和轉(zhuǎn)速；α_ζ1，α_ζ2，α_ζ3分別利用如下式計(jì)算：

其中：T_ζ為機(jī)器人ζ飛輪配置矩陣，表示飛輪旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；

步驟5、控制參數(shù)更新：

所有機(jī)器人定時(shí)與相鄰機(jī)器人進(jìn)行控制參數(shù)和參數(shù)比例因子的更新，對(duì)于機(jī)器人

情況1：機(jī)器人主動(dòng)發(fā)送信息的具體方式如下：

機(jī)器人按照記錄的相鄰機(jī)器人ID，依次與其相連的機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：

步驟(1)：另q＝1；

步驟(2)：判斷的值，若則跳至步驟(3)；若假設(shè)表示機(jī)器人的接口q和機(jī)器人π相連，機(jī)器人將發(fā)送給機(jī)器人π，機(jī)器人π回復(fù)自身的W_π，δ_π1,δ_π2,δ_π3，κ_π1,κ_π2,κ_π3數(shù)據(jù)；完成信息交互后機(jī)器人和機(jī)器人π分別按照下式更新自身的參數(shù)比例因子和控制參數(shù)

步驟(3)：q＝q+1，若則返回步驟3，否則進(jìn)行步驟(2)；

情況2：機(jī)器人接收到相鄰機(jī)器人的信息，處理方式和步驟(2)中的機(jī)器人π的處理步驟一致；

本步驟執(zhí)行完畢后返回步驟3。