[發明專利]一種協同運動控制方法、系統、計算機設備、機器人

在審

• 申請號: 202010930502.X
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112286179A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 韓書豪;胡核算
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 李霞

1.一種協同運動控制方法，其特征在于，所述協同運動控制方法包括：

靜態環境下機器人群組隊形采用分布式的控制策略，保持優先或速度優先的控制策略；

在動態環境下，多機器人避障過程中，不斷檢測和模擬動態障礙物的位置，并留出一定的余量防止機器人與動態障礙物發生碰撞。

2.如權利要求1所述的協同運動控制方法，其特征在于，所述協同運動控制方法靜態環境下機器人群組隊形保持優先或速度優先的控制策略包括：障礙物的位置和形狀的檢測，在設定機器人從出發點到目標點運行的過程中，如果機器人依靠自身攜帶的傳感器檢測到障礙物時，是一個突發事件；根據不同類型的突發事件，需要不同的解決方案。

3.如權利要求1所述的協同運動控制方法，其特征在于，所述協同運動控制方法的隊形保持優先或者速度優先的選擇，采用數學規劃模型為：

v[k+1]＝x[k]+v[k]h

||x[k]-δ||₂≥ρ

v[k]∈[v_min,v_max]

a[k]∈[a_min,a_max]

v[T]＝0x[T]＝x_f

k＝k₀,...,T-1；

通過數學規劃模型，機器人在從初始點到目標點的運動過程中將不斷地進行路徑規劃和向目標點前進；

當設定機器人隊形優先時，當機器人在檢測到障礙物時，則在位置(1)處需要保持現有的隊形繼續前進到達位置(2)，此時位置(2)已經很靠近障礙物，機器人在位置(2)處必須做出隊形變換，否則可能無法成功避障，導致不可預期的問題出現；在成功避障后，盡快恢復原始隊形前進，機器人在整個避障過程中，只在障礙物附近對隊形做出了一定的改變，其余區域保持原隊形；隊形優先控制策略下，每次遇到障礙物都按照隊形優先避障流程進行。

4.如權利要求3所述的協同運動控制方法，其特征在于，當設定機器人速度優先時，當機器人群組檢測到障礙物的時候，如果兩個障礙物的空隙大于機器人保持隊形所需要的空間，此時不需要進行任何的隊形變化，通過障礙物；障礙物的空隙小于機器人群組保持隊形所需要的空間，速度優先，當在位置(1)檢測到障礙物時，此時做出隊形變換，無需繼續保持當前隊形，保證速度通過障礙物；避障完成后，以機器人當前所處位置為初始點，向目標點前進，速度優先控制策略下，每次遇到障礙物按照速度優先避障流程進行。

5.如權利要求4所述的協同運動控制方法，其特征在于，隊形的變換，當機器人系統識別和定位障礙區后，機器人需要確定前方最大可通行寬度D_max，機器人有安全半徑ρ的約束，所以D_max等于障礙區中可通行寬度減安全半徑的二倍，構成的隊形中，機器人前進方向上最大的寬度為D，則伸縮比：

由于機器人系統中要防止機器人之間的碰撞，機器人之間的距離也需要大于安全距離，所以伸縮比也有范圍約束，當機器人之間的距離恰好是安全距離時，認定其伸縮比為d_min，故d≥d_min；

伸縮比d的取值范圍可以分類為：d≥1、d＜1且d≥d_min、d＜d_min，與三種分類分別對應三種變換方式：零構變換、同構變換、異構變換；

零構變換：當d≥1時D_max≥D，說明機器人群組不需要經過變換即可順利通過障礙物；

同構變換：當d＜1且d≥d_min時說明機器人需要變換隊形，在以幾何中心建立的坐標系下，各機器人進行同構變換后機器人橫坐標不變，縱坐標變為原來的d倍；

異構變換：當d＜d_min時表明機器人系統在不改變原結構的情況下已經不能通過障礙區，需要變換為更小寬度的結構。