[發(fā)明專利]一種基于軌跡預(yù)測的編隊圍捕方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111317808.9
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114089748A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳博;鮑元康;李同祥;胡中堯;胡明南
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵

一種基于軌跡預(yù)測的編隊圍捕方法，包括：步驟1，為解決傳感器視野丟失問題，對機器人運動狀態(tài)進行估計與預(yù)測；步驟2，建立多機器人編隊圍捕模型；步驟3，計算多機器人系統(tǒng)的控制量，對目標(biāo)進行編隊圍捕。本發(fā)明在機器人獲取目標(biāo)狀態(tài)時，運用軌跡擬合的方法將目標(biāo)運動狀態(tài)擬合成一個軌跡時間函數(shù)，當(dāng)目標(biāo)視野丟失時，通過軌跡時間函數(shù)計算預(yù)測值進行補償，提高了定位精度，減少了目標(biāo)視野丟失帶來的影響。在進行編隊圍捕時，根據(jù)圍捕方法計算多機器人各自的控制量，完成編隊控制，提高了圍捕跟蹤的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機器人協(xié)同控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于軌跡預(yù)測的編隊圍捕方法。

背景技術(shù)

隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，對機器人需要完成的任務(wù)的復(fù)雜性要求也越來越高。在面對一些復(fù)雜的任務(wù)時，單個機器人無法滿足工作需求，需要多個機器人協(xié)同合作來完成任務(wù)。多機器人編隊控制是多機器人研究領(lǐng)域一類常見的復(fù)雜協(xié)作問題，采用多個機器人組成編隊具有較多優(yōu)點，例如在軍事偵察、搜索、排雷等應(yīng)用中能夠獲取更多的環(huán)境信息，在飛行器、衛(wèi)星編隊飛行等應(yīng)用中能夠完成更多、更復(fù)雜的任務(wù)。

在多機器人編隊控制的基礎(chǔ)上，完成編隊下的圍捕任務(wù)具有重要的應(yīng)用價值，圍捕任務(wù)要求多個機器人完成對環(huán)境中的目標(biāo)進行跟蹤并以特定隊形實現(xiàn)圍捕，這是通過多個機器人運動至各自期望的圍捕點加以實現(xiàn)的。在實際圍捕任務(wù)中，由于環(huán)境中的干擾、機器人傳感器的局限性，對目標(biāo)的定位可能不精準，甚至由于視野丟失問題導(dǎo)致目標(biāo)信息可能短時間內(nèi)無法獲取，這種情況極大的影響了圍捕任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決實際圍捕中目標(biāo)信息定位可能不精準以及視野丟失問題，本發(fā)明提出了一種基于軌跡預(yù)測的編隊圍捕方法，提高了圍捕精度和圍捕方法的魯棒性。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，提出技術(shù)方案如下：

一種基于軌跡預(yù)測的編隊圍捕方法，包括以下步驟：

步驟1：為解決傳感器視野丟失問題，對機器人運動狀態(tài)進行估計與預(yù)測，過程如下：

1.1通過先驗知識建立目標(biāo)運動軌跡的擬合函數(shù)，如式(1)所示

F_k(t；C_k)＝c₀φ₀(t)+c₁φ₁(t)+…+c_γφ_γ(t) (1)

其中，F(xiàn)_k(t；C_k)為k時刻軌跡擬合函數(shù)，{φ_i(t)}_{i＝0,1,…,γ}為先驗函數(shù)，根據(jù)先驗知識設(shè)置為單項式或者三角函數(shù)，C_k＝{c_i}_{i＝0,1,…γ}為k時刻待確定的參數(shù)，γ為擬合函數(shù)的階數(shù)，根據(jù)實際需要選定；

1.2初始化{φ_i(t)}_{i＝0,1,…,γ}，C_k；

1.3機器人傳感器對環(huán)境進行感知，尋找目標(biāo)，若感知到目標(biāo)時，其量測信息為Y_k，則存儲k時刻量測數(shù)據(jù)y_k＝Y(jié)_k；

1.4設(shè)置合適的滑動時間窗口[k-l,k]，其窗口長度為l，定義時間窗口內(nèi)擬合殘差函數(shù)如式(2)所示

并通過求解最優(yōu)化問題，最小化擬合殘差求解軌跡時間函數(shù)的參數(shù)估計如式(3)所示

1.5通過時刻k求解的參數(shù)估計獲得最優(yōu)軌跡時間函數(shù)通過F_k(t)計算目標(biāo)在k時刻的位置估計F_k(k)與下一時刻的位置預(yù)測F_k(k+1)；