[發明專利]一種基于三層基因調控網絡的群體機器人聚合控制方法

有效

• 申請號: 202111571098.2
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114397887B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 范衠;石澤;馬培立;朱貴杰;洪峻操;黃華興;蔡堉偉;董朝暉;寧為博;郝志峰
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 廖奇麗

1.一種基于三層基因調控網絡的群體機器人聚合控制方法，其特征在于，所述方法包括：

當群體機器人在未知環境中搜索到目標時，利用群體機器人機載的傳感器對目標周圍環境信息進行探測，獲取每一個機器人到目標的相對距離和每兩個機器人之間的相對距離；

基于基因調控網絡模型包括創建層、形成層和控制層，將每一個機器人到目標的相對距離和每兩個機器人之間的相對距離導入創建層進行數據融合計算，得到當前時刻局部坐標系；

調用未知環境中所有個體在上一時刻局部坐標系內的坐標信息進行坐標轉換，獲取在當前時刻局部坐標系內的所有個體坐標信息，包括目標坐標信息、障礙物坐標信息以及每一個機器人的坐標信息；

將目標坐標信息和障礙物坐標信息導入形成層進行形態梯度提取，得到群體機器人的當前圍捕形態，進而獲取每一個機器人的圍捕控制點；

將每一個機器人的坐標信息及其對應的圍捕控制點導入控制層中，利用集群控制算法引導群體機器人朝著目標進行移動圍捕；

其中，所述將每一個機器人到目標的相對距離和每兩個機器人之間的相對距離導入創建層進行數據融合計算，得到當前時刻局部坐標系包括：

根據每一個機器人到目標的相對距離，從群體機器人中篩選出距離目標最近的一個主導機器人，再將主導機器人所在位置標記為坐標原點；

根據每兩個機器人之間的相對距離，從其他機器人中篩選出距離主導機器人最近的一個鄰接機器人，再將主導機器人所在位置與鄰接機器人所在位置之間所形成的直線標記為X軸；

在主導機器人和鄰接機器人的共同通信范圍內選取兩個輔助機器人，以X軸為相交線創建兩個平面，使得兩個輔助機器人分別落在兩個平面內；

根據主導機器人、鄰接機器人和兩個輔助機器人中每兩個機器人之間的相對距離，同時結合兩個平面之間的夾角確定上述四個機器人的坐標信息，進而得到當前時刻局部坐標系；

其中，所述調用未知環境中所有個體在上一時刻局部坐標系內的坐標信息進行坐標轉換，獲取在當前時刻局部坐標系內的所有個體坐標信息包括：

根據主導機器人與其中一個輔助機器人之間的相對位置變化情況，構建當前時刻局部坐標系和上一時刻局部坐標系之間的坐標旋轉矩陣；

結合所有個體在上一時刻局部坐標系內的坐標信息以及坐標旋轉矩陣，計算所有個體在當前時刻局部坐標系內的坐標信息；

其中，所述將每一個機器人的坐標信息及其對應的圍捕控制點導入控制層中，利用集群控制算法引導群體機器人朝著目標進行移動圍捕包括：

從i＝1開始，統計落在第i個機器人通信范圍內的所有機器人，計算第i個機器人在集群之間移動時的防碰撞控制分量；

獲取第i個機器人在探測到的多個障礙物表面投影生成的多個虛擬機器人，計算第i個機器人在多個虛擬機器人之間移動時的避障控制分量；

在第i個機器人的圍捕控制點創建一個虛擬目標機器人，計算第i個機器人移動至虛擬目標機器人處的運動控制分量；

將防碰撞控制分量、避障控制分量和運動控制分量進行融合，得到第i個機器人朝著目標移動的全局控制分量；

將i+1賦值給i，重復執行以上各個步驟，直至獲取群體機器人中每一個機器人朝著目標移動的全局控制分量。

2.根據權利要求1所述的基于三層基因調控網絡的群體機器人聚合控制方法，其特征在于，所述根據主導機器人與其中一個輔助機器人之間的相對位置變化情況，構建當前時刻局部坐標系和上一時刻局部坐標系之間的坐標旋轉矩陣包括：

獲取在上一時刻局部坐標系內主導機器人與其中一個輔助機器人之間的坐標差值矩陣，記為第一差值矩陣；

獲取在當前時刻局部坐標系內主導機器人與該輔助機器人之間的坐標差值矩陣，記為第二差值矩陣；

根據第一差值矩陣與第二差值矩陣之間的幾何關系確定一個四元數，利用四元數構建當前時刻局部坐標系和上一時刻局部坐標系之間的坐標旋轉矩陣。