[發明專利]一種多智能體編隊形成方法

有效

• 申請號: 202010947337.9
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112130582B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 辛斌;曲韻;張鈞溪;陳杰;王晴;楊慶凱;曾憲琳
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉西云;李微微

1.一種基于拍賣算法和Dubins路徑規劃的多智能體編隊形成方法，其特征在于，各智能體的初始位置在同一水平面上，且相鄰智能體間建立有雙向通信鏈路，各智能體通過雙向通信鏈路將各自的初始狀態信息依次向后傳遞給末尾的終端智能體；

所述終端智能體用于根據各智能體的初始狀態信息獲取期望隊形中各智能體的絕對位置和期望艏向角，將期望隊形中各智能體的絕對位置作為各智能體的目標點，并利用拍賣算法為每個智能體分配不同的目標點；所述終端智能體還用于獲取各智能體到各自對應的目標點的Dubins路徑，依次判斷任意兩個智能體對應的Dubins路徑是否存在交點，若存在，則交換兩個智能體對應的目標點，直到遍歷所有智能體的兩兩組合；重新獲取各智能體到其對應的目標點的Dubins路徑，再依次判斷任意兩個智能體對應的Dubins路徑是否存在交點，若存在，則記錄交點坐標，直到遍歷所有智能體的兩兩組合；

所述終端智能體通過雙向通信鏈路將全局信息向前傳遞給各智能體，其中，所述全局信息包括各智能體與期望隊形中目標點的匹配關系、各智能體對應的Dubins路徑、各Dubins路徑之間的交點坐標以及目標點的絕對位置坐標與期望艏向角；

分別將各智能體作為當前智能體執行以下步驟：

當前智能體對自身對應的Dubins路徑進行采樣，得到M個一階路徑點；

當前智能體依次以自身對應的第2，3，…，M個一階路徑點作為虛擬領航者執行位置變換操作，直到當前智能體到達目標點；其中，在當前智能體執行位置變換操作的過程中，通過自帶的傳感器和短距通信模塊判斷自身是否同時滿足設定避讓條件，若同時滿足，則當前智能體對以當前所在位置為起點，即將通過的交點為終點之間的路徑進行重采樣，得到多個二階路徑點，依次以各二階路徑點作為虛擬領航者執行位置變換操作，直到智能體通過所述交點，其中，相鄰二階路徑點之間的歐氏距離小于相鄰一階路徑點之間的歐氏距離。

2.如權利要求1所述的一種基于拍賣算法和Dubins路徑規劃的多智能體編隊形成方法，其特征在于，智能體從左到右依次編號為1，2，…，N，其中，N為智能體的數量；

所述設定避讓條件為：當前智能體對應的Dubins路徑與其他智能體對應的Dubins路徑存在交點、當前智能體進入自身對應的路徑交點的鄰域范圍內、與該路徑交點對應的另一個智能體也在該鄰域范圍內、當前智能體與進入所述鄰域范圍內的另一個智能體之間的距離小于設定安全距離、當前智能體的編號小于進入所述鄰域范圍內的另一個智能體的編號。

3.如權利要求1所述的一種基于拍賣算法和Dubins路徑規劃的多智能體編隊形成方法，其特征在于，所述位置變換操作包括以下步驟：

S1：當前智能體通過自帶傳感器量測得到當前的虛擬領航者的位置、艏向角、虛擬前進速度以及虛擬角速度；其中，各路徑點的絕對位置坐標和艏向角為已知量，第m個路徑點的虛擬前進速度由其與第m-1個路徑點的歐氏距離決定，虛擬角速度由其與第m-1個路徑點的艏向角差決定，且所述歐氏距離越小，虛擬前進速度和虛擬角速度越慢，同時，m＞1，m≠M；第M個路徑點的虛擬前進速度和虛擬角速度大小為0；

S2：根據當前智能體對應的虛擬領航者的位置、艏向角、虛擬前進速度以及虛擬角速度，采用基于積分滑模控制設計的運動學控制器得到當前智能體的前進速率控制律和艏向角控制律；

S3：將當前智能體的前進速率控制律和艏向角控制律輸入PID動力學控制器中，得到當前智能體對應的水動力模型的控制輸入向量τ＝(τ₁，τ₂，τ₃)^T，其中，τ₁和τ₂分別為當前智能體在自身本體坐標系x軸和y軸方向上的速度，τ₃為角速度；

S4：當前智能體根據對應的控制輸入向量τ＝(τ₁，τ₂，τ₃)^T更新自身的位置、艏向角、前進速度以及角速度，并反饋給運動學控制器和PID動力學控制器，使當前智能體與其虛擬領航者保持期望的相對位置關系。