[發明專利]一種基于分布式優化的多機器人實時控制與協同圍堵方法

在審

• 申請號: 202210723462.0
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN114967707A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 劉慶山;趙子隆;鄭燕玲
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于分布式優化的多機器人實時控制與協同圍堵方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)構建基于時變目標函數、受等式約束的分布式優化系統，該系統以時變函數為目標函數，限制條件為等式，其中目標函數為每個機器人局部目標函數之和，局部目標函數包含機器人的局部信息，各機器人之間的通訊通過連通無向圖進行；

(2)采用指定時間收斂的分布式控制方法求解該分布式優化系統，得到圍堵機器人的最優位置信息，所述分布式控制方法可以在指定時間內使圍堵機器人對目標機器人形成圍堵，并以該隊形持續的跟隨目標機器人移動；

(3)求解分布式優化系統所得到的機器人最優位置信息，采用與位置和姿態有關的實時控制算法使圍堵機器人行進到最優位置。

2.根據權利要求1所述的一種基于分布式優化的多機器人實時控制與協同圍堵方法，其特征在于，步驟(1)所述的分布式優化系統描述如下：

x′_i(t)＝u_i(t),(i＝1,2,...,n)

s.t.x_i-x_j-q_ij＝0,(i＝1,2,...,n,j∈N_i)

其中，q_ij∈R^k，x_i為機器人i的軌跡，u_i(t)為待設計控制器，f_i(x_i,t):R^k×R₊→R為局部目標函數，為總體的目標函數。

3.根據權利要求1所述的一種基于分布式優化的多機器人實時控制與協同圍堵方法，其特征在于，步驟(2)所述最優位置信息為圍堵機器人在行進過程下一時刻將要到達的目標位置。

4.根據權利要求1所述的一種基于分布式優化的多機器人實時控制與協同圍堵方法，其特征在于，所述步驟(2)實現過程如下：

設計如下的分布式控制器：

其中：

其中，η、α₁、α₂分別為函數φ₁、φ₂、φ₃的權重系數；t_f為收斂時間，該值可以人為設置；I_k為k階單位矩陣，1_k為全1的k維列向量，sgn(·)為向量值的符號函數，其定義為：對任意的有diag(·)為向量函數到矩陣函數的映射，其定義為：向量函數和矩陣函數為目標函數f_i(x_i(t),t)的一階和二階偏導數；

采用四階龍格-庫塔方法來求解分布式控制方法的離散形式：

其中，h為算法的步長。

5.根據權利要求1所述的一種基于分布式優化的多機器人實時控制與協同圍堵方法，其特征在于，所述步驟(3)實現過程如下：

其中，v_i、w_i為機器人i的線速度和角速度，k_v、k_e為系統設計參數，(x_i,y_i)為機器人i的當前位置，為機器人i的目標位置，距離設θ_i為機器人i的旋轉角，則△θ_i＝α_i-θ_i。