[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（公告）號(hào): CN111625012B
• 公開（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

本發(fā)明涉及一種多空間機(jī)器人分布式協(xié)同操作方法，利用機(jī)器人之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)組合系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。該方法適用于機(jī)器人之間不同的網(wǎng)絡(luò)狀連接拓?fù)?，避免了中心?jié)點(diǎn)的需求，可以靈活增加或減少系統(tǒng)中的機(jī)器人數(shù)量及其連接構(gòu)型。與常規(guī)航天器控制方法相比，在以下方面存在優(yōu)勢(shì)：1)本方法為分布式算法，機(jī)器人單元控制力矩計(jì)算、控制參數(shù)協(xié)調(diào)和更新均無(wú)需中心單元，提高了系統(tǒng)的靈活性和魯棒性；2)本方法適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和總線拓?fù)涞榷喾N連接拓?fù)?，?shí)用性廣；3)本方法適用于異構(gòu)機(jī)器人之間的分布式協(xié)同控制，可適用于推力器機(jī)器人和反作用飛輪機(jī)器人。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器控制領(lǐng)域，涉及一種多空間機(jī)器人分布式協(xié)同操作方法，具體涉及多個(gè)空間機(jī)器人通過分布式計(jì)算，實(shí)現(xiàn)組合體的穩(wěn)定控制方法。

背景技術(shù)

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天器在通信、導(dǎo)航定位和對(duì)地觀測(cè)等方面發(fā)揮的越來越重要的作用。航天器在軌失效所造成的直接和間接損失十分巨大，發(fā)展在軌服務(wù)技術(shù)是世界各航天大國(guó)重點(diǎn)發(fā)展方向。為此，不同的研究者研制了基于空間機(jī)械臂的空間機(jī)器人、基于系繩的空間繩系機(jī)器人、基于細(xì)胞化理念的空間細(xì)胞機(jī)器人、基于繩網(wǎng)的空間飛網(wǎng)機(jī)器人等多種類型的空間機(jī)器人。對(duì)于大型失效航天器，其質(zhì)量高達(dá)數(shù)噸，多個(gè)小型空間機(jī)器人與失效航天器進(jìn)行對(duì)接后，需要進(jìn)行信息交互和協(xié)同，對(duì)失效航天器實(shí)施接管控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)組合系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。不同于單機(jī)器人系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為分布式的，因此需要設(shè)計(jì)適合其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分布式協(xié)同控制方案。

為了解決多個(gè)空間機(jī)器人對(duì)組合系統(tǒng)的協(xié)同控制，本發(fā)明給出了一種分布式協(xié)同控制方法，利用機(jī)器人之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)組合系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。該方法適用于機(jī)器人之間不同的網(wǎng)絡(luò)狀連接拓?fù)?，避免了中心?jié)點(diǎn)的需求，可以靈活增加或減少系統(tǒng)中的機(jī)器人數(shù)量及其連接構(gòu)型。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種多空間機(jī)器人分布式協(xié)同操作方法，實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)器人之間的分布式協(xié)同控制，即利用多個(gè)具備控制能力的機(jī)器人對(duì)組合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。

技術(shù)方案

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：