[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

本發明公開了一種基于三層基因調控網絡的群體機器人聚合控制方法，包括：基于基因調控網絡模型包括創建層、形成層和控制層，將群體機器人機載傳感器獲取的每一個機器人到目標的相對距離和每兩個機器人間的相對距離導入創建層，得到當前時刻局部坐標系；調用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目標坐標信息、障礙物坐標信息和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，得到圍捕形態并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和圍捕控制點導入控制層，引導群體機器人朝目標移動圍捕。本發明實現在全球定位系統失效的三維空間中對目標自適應圍捕。

技術領域

本發明涉及群體機器人控制技術領域，具體是一種基于三層基因調控網絡的群體機器人聚合控制方法。

背景技術

基于生物啟發式群體控制模型成為了近年來群體機器人控制領域的研究熱點之一，目前針對三維空間下的群體運動控制問題研究，Lwowski?J等人提出了一種基于鳥群的無人機群控制算法，僅利用立體相機、全球定位系統和慣性測量單元來實現群體無人機對目標進行圍捕，在整個過程中所形成的圍捕形態是固定不變的，無法適應環境變化情況；在此基礎上，孟等人提出的基因調控網絡模型雖然可以改變群體機器人的圍捕形態，但其應用并未涵蓋到在由電磁波干擾或復雜環境所造成的全球定位系統失效的三維空間下進行目標自適應圍捕，仍具有一定的局限性。

發明內容

本發明提供一種基于三層基因調控網絡的群體機器人聚合控制方法，以解決現有技術中所存在的一個或多個技術問題，至少提供一種有益的選擇或創造條件。

本發明提供一種基于三層基因調控網絡的群體機器人聚合控制方法，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。

進一步地，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。

進一步地，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：