[發(fā)明專利]分布式多機器人協(xié)同運動控制方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011103507.1
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112327829A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李澤坤;胡核算;馬艷
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 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: 黃偉洪

本發(fā)明屬于協(xié)同控制技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種分布式多機器人協(xié)同運動控制方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及應(yīng)用，各機器人利用局部信息，在不考慮其他機器人的前提下規(guī)劃局部最優(yōu)路徑；利用通信和協(xié)調(diào)策略實現(xiàn)機器人和車載傳感器所探測到的其他機器人之間的避碰。所述分布式多機器人協(xié)同運動控制系統(tǒng)包括：第一規(guī)劃模塊，用于利用局部信息，在不考慮其他機器人的前提下規(guī)劃局部最優(yōu)路徑；第二規(guī)劃模塊，用于利用通信和協(xié)調(diào)策略實現(xiàn)機器人和車載傳感器所探測到的其他機器人之間的避碰。本發(fā)明適用于有限多個機器人的協(xié)同運動控制。機器人協(xié)同控制的任務(wù)是：兩個機器人實時避免靜態(tài)障礙物以及其他機器人，同時以最少的花費最終到達目標(biāo)位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于協(xié)同控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式多機器人協(xié)同運動控制方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，移動機器人的應(yīng)用越來越普遍，人們研制了可在各種環(huán)境下作業(yè)的移動機器人系統(tǒng)，如無人駕駛飛機(Unmanned Ariel Vehicle)，無人駕駛汽車(Unmanned Ground Vehicle)，無人潛航器(Unmanned UnderwaterVehicle)等。同時，隨著工業(yè)化的進展，諸如自動制造、柔性生產(chǎn)、搜索營救、環(huán)境監(jiān)測、安全健康等許多領(lǐng)域面臨著大量操作復(fù)雜、規(guī)模龐大的任務(wù)，單一的機器人已經(jīng)無法很好地完成這些任務(wù)。相比于單機器人系統(tǒng)，多機器人系統(tǒng)由于多個機器人的相互協(xié)作而具有一系列顯著的優(yōu)點，例如多機器人系統(tǒng)可以降低任務(wù)求解的復(fù)雜性、促進任務(wù)完成的高效性、增加系統(tǒng)的可靠性、簡化系統(tǒng)的設(shè)計等。由于這些優(yōu)越的特性，多機器人系統(tǒng)越來越受到人們的關(guān)注，吸引眾多學(xué)者對其進行廣泛而深入的研究。

現(xiàn)有技術(shù)的大部分研究都假設(shè)全局環(huán)境信息已知，然而在實際系統(tǒng)中，一般機器人只能知道傳感器范圍內(nèi)的環(huán)境信息，且環(huán)境中隨時有可能新增靜態(tài)障礙物或動態(tài)障礙物。因此，已知全局環(huán)境信息而提出的離線路徑規(guī)劃算法并不適用于實際系統(tǒng)。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：目前大部分研究均是在假設(shè)已知全局信息的基礎(chǔ)上提出的離線路徑規(guī)劃方法，而在實際系統(tǒng)中，一般機器人只能知道傳感器范圍內(nèi)的環(huán)境信息，且環(huán)境中隨時有可能新增靜態(tài)障礙物或動態(tài)障礙物，所以，這樣的方法并不適用于實際系統(tǒng)。

解決以上問題及缺陷的難度為：這種規(guī)劃需要搜集環(huán)境數(shù)據(jù)，并且對該環(huán)境模型的動態(tài)更新能夠隨時進行校正，將對環(huán)境的建模與搜索融為一體，要求機器人系統(tǒng)具有高速的信息處理能力和計算能力，對環(huán)境誤差和噪聲有較高的魯棒性，能對規(guī)劃結(jié)果進行實時反饋和校正。

解決以上問題及缺陷的意義為：提出的基于滾動窗口的多移動機器人協(xié)調(diào)二次規(guī)劃方法充分利用各機器人實時測得的局部環(huán)境，以滾動方式進行在線規(guī)劃，不僅大大減少了在線運算量，而且使系統(tǒng)具有很強魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種分布式多機器人協(xié)同運動控制方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及應(yīng)用。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種分布式多機器人協(xié)同運動控制方法，所述分布式多機器人協(xié)同運動控制方法包括：

各機器人利用局部信息，在不考慮其他機器人的前提下規(guī)劃局部最優(yōu)路徑；

利用通信和協(xié)調(diào)策略實現(xiàn)機器人和車載傳感器所探測到的其他機器人之間的避碰。

進一步，所述分布式多機器人協(xié)同運動控制方法的機器人Rob_i的滾動規(guī)劃算法具體步驟：

步驟一、初始化起點S_i、終點G_i、工作環(huán)境WS、視野半徑R和機器人步長Δa，Δa≤R；

步驟二、刷新機器人Rob_i的信息集合IS_i(t_k)，其實就是機器人Rob_i的視野或者叫滾動窗口，獲取當(dāng)前機器人感知范圍內(nèi)的環(huán)境信息；