[發(fā)明專利]實時分布式多機器人編隊控制方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113296497A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范鵬梅;胡核算;韓旭泰;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: 何畏

1.一種實時分布式多機器人編隊控制方法，其特征在于，所述實時分布式多機器人編隊控制方法包括：首先，確定基于改進人工勢場法的編隊控制算法的設(shè)計思想；其次，確定基于改進人工勢場法的單個機器人的運動模型，使得單機器人能夠無碰撞地從初始位置移動到目標位置；然后，確定機器人之間的引力場數(shù)學(xué)模型和斥力場數(shù)學(xué)模型，使得機器人之間避免碰撞；最后，在合力的作用下，實現(xiàn)多機器人在復(fù)雜障礙物環(huán)境下的多機器人編隊控制。

2.如權(quán)利要求1所述的實時分布式多機器人編隊控制方法，其特征在于，所述實時分布式多機器人編隊控制方法包括以下步驟：

步驟一，確定多機器人編隊控制策略的設(shè)計思想；

步驟二，確定單機器人的運動模型；

步驟三，確定多機器人之間的引力場和斥力場數(shù)學(xué)模型；

步驟四，分析各機器人的受力并計算合力，確定各機器人的運動方向以及移動位置。

3.如權(quán)利要求2所述的實時分布式多機器人編隊控制方法，其特征在于，步驟一中，所述確定多機器人編隊控制策略的設(shè)計思想，包括：所述多機器人的避障方式有兩種，分別為單獨避障和整體避障；其中，所述整體避障指的是多機器人維持原有的隊形進行避障，該控制策略的缺點是在復(fù)雜障礙物環(huán)境下，多機器人系統(tǒng)不能夠整體穿過障礙物，或者為了穿過障礙物而需要走更多的路程，故多機器人柔性編隊控制策略的設(shè)計思想是合理構(gòu)建人工勢場法數(shù)學(xué)模型，使得多機器人在復(fù)雜障礙物環(huán)境下能夠單獨避障；所述單獨避障指的是多機器人系統(tǒng)向目標位置移動過程中，若某個機器人遇到障礙物阻礙了其向前移動，則該機器人臨時放棄原來的隊形，并且在避免機間碰撞的前提下自由地躲避障礙物，最后在機器人之間引力和斥力的作用下，多機器人重新組隊從而恢復(fù)原來的隊形。

4.如權(quán)利要求2所述的實時分布式多機器人編隊控制方法，其特征在于，步驟二中，所述確定單機器人的運動模型，包括：單機器人運動模型是多機器人系統(tǒng)編隊控制的基礎(chǔ)；利用人工勢場法對機器人進行運動規(guī)劃，使得單機器人從當前位置移動到下一位置；首先對傳統(tǒng)人工勢場法中的斥力場數(shù)學(xué)模型進行改進，解決其存在的局部極小點問題；然后對單機器人在運動過程中的受力進行分析，確定機器人移動的下一步位置；

改進后的斥力場的數(shù)學(xué)模型為：

其中，X_obs表示障礙物所處的位置；ρ₁是一個大于零且小于ρ₀的常數(shù)；

利用ρ₁對ρ₀的作用范圍進行劃分，使得斥力可以根據(jù)機器人當前所處的位置調(diào)整大小，進而解決人工勢場法存在的缺陷。

5.如權(quán)利要求2所述的實時分布式多機器人編隊控制方法，其特征在于，步驟三中，所述確定多機器人之間的引力場和斥力場數(shù)學(xué)模型，包括：與單機器人系統(tǒng)在人工勢場法中的受力相比較，多機器人系統(tǒng)中各個機器人將會受到環(huán)境和機器人之間多種作用力的影響；即機器人在整個編隊控制系統(tǒng)中受到四種作用力的影響，其中包括障礙物對機器人施加的斥力、目標點對機器人施加的引力、機器人之間的引力以及機器人之間的斥力；因此，在單機器人運動模型的基礎(chǔ)上，需要建立多機器人系統(tǒng)中各機器人的引力場和斥力場數(shù)學(xué)模型；

根據(jù)人工勢場法基本原理，建立機器人之間的斥力場數(shù)學(xué)模型為：

其中，m是一個常數(shù)，其取值的大小影響機器人之間斥力作用的強度；ρ(X_i,X_j)表示各機器人之間的距離；

建立機器人之間的引力場數(shù)學(xué)模型為：

其中，K_ij是一個常數(shù)，其取值的大小影響機器人之間引力作用的強度。