[發明專利]一種適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法

有效

• 申請號: 202011315123.6
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112394732B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 張育林;周昊;孫沖
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明一種適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法。該方法采用分布式計算策略，使各移動機器人根據預先規劃出的被搬運物體標稱運動軌跡以及實時獲取的被搬運物體實際運動狀態信息，解算出對被搬運物體的所需的總控制力和控制力矩，并結合各移動機器人與被搬運物體的接觸點真實位置和真實接觸力，計算被搬運物體當前時刻所需的總控制力增量和總控制力矩增量；各個移動機器人根據移動機器人集群當前時刻的實際相對位置，將總控制力增量和總控制力矩增量分解給自身以及其他移動機器人，自身對被搬運物體所需施加的正向接觸力增量追加到自身與被搬運物體的正向接觸力上；從而使機器人集群共同確定各機器人對被搬運物體所需施加的正向接觸力。

技術領域

本發明涉及移動機器人集群領域，適用于工業生產或物流運輸中的倉儲問題，也適用于月球基地建設中的大型物資協同搬運問題，尤其涉及機器人集群協同搬運問題中機器人與被搬運物體間的接觸力動態分配問題。

背景技術

隨著多智能體協同控制技術的發展，機器人集群在物流運輸領域逐漸獲得廣泛應用，對機器人集群控制領域的研究也逐漸深入。其中，移動機器人協同搬運(cooperativetransportation)問題便是一個重要研究方向。但現有的研究側重于機器人集群最優包圍構型的生成以及機器人與被搬運物體存在固定連接下的動力學控制問題，而松散連接下的協同搬運問題容易退化成平面推箱(box-pushing)問題，無法體現物體離開地面后的動力學特性。并且許多控制策略依賴于集中式控制結構以對被搬運物體進行較精確的控制，機器人運動決策的自主性以及系統的可擴展性不強，并且容易引起通信阻塞，從而限制了控制的實時性。

發明內容

本發明的目的在于為移動機器人集群對箱式物體的協同搬運問題提供適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，從而解決現有技術中存在的諸如系統可擴展性不強、機器人與對象間的松散連接難以對被搬運物體進行精確的動力學控制等問題。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，包含如下步驟：

S1：明確被搬運物體的大小、尺寸和質心位置，以及搬運被搬運物體的移動機器人個數N和尺寸；

S2：由被搬運物體的標稱運動軌跡計算被搬運物體當前時刻的期望運動狀態，并測量出被搬運物體當前時刻的實際運動狀態；以及N個移動機器人與被搬運物體的接觸點在被搬運物體本體坐標系下的真實位置及在慣性系下的真實接觸力；

S3：各個移動機器人根據被搬運物體的標稱運動軌跡，以及被搬運物體當前時刻的實際運動狀態，計算出被搬運物體當前時刻所需的總控制力和總控制力矩，并結合S2中獲取的各移動機器人與被搬運物體的接觸點真實位置和真實接觸力，計算被搬運物體當前時刻所需的總控制力增量和總控制力矩增量；

S4：各個移動機器人根據移動機器人集群當前時刻的實際相對位置，將總控制力增量和總控制力矩增量分解給自身以及其他移動機器人，對所有移動機器人需施加的正向接觸力增量進行解算；

S5：各個移動機器人對所有移動機器人對自身需施加的正向接觸力增量的解算值進行平均，作為自身對被搬運物體所需施加的正向接觸力增量，追加到自身與被搬運物體的正向接觸力上；

S6：重復執行S2-S5，直到移動機器人集群整體運動到目標位置。

優選的，S2中，被搬運物體的標稱運動軌跡由路徑規劃算法事先規劃好或者人為設計成指定函數曲線。

優選的，S2中，所述期望運動狀態包括質心期望位置、質心期望速度、質心期望加速度、期望方位角、期望方位角速度、期望方位角加速度。

優選的，S2中，所述實際運動狀態包括質心真實位置、質心真實速度、真實方位角和真實方位角速度。

優選的，S3中，采用比例-微分控制方法計算出被搬運物體當前時刻所需的總控制力和總控制力矩。