[發明專利]一種領航者可變的多機器人編隊控制方法

在審

• 申請號: 202210798137.0
• 申請日: 2022-07-06
• 公開（公告）號: CN115167423A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 楊清海;張雅淳;喬飛宇;武艷;沈中
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學廣州研究院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廣東省中源正拓專利代理事務所(普通合伙) 44748
• 代理人: 王明亮

本發明公開了一種領航者可變的多機器人編隊控制方法，首先通過判斷條件系統可以快速地判決出是否應該更換領航者，其次在選定新的領航者時，是以能夠快速到達新目標點且盡少地改變原先編隊隊形的基礎上，選擇新領航者機器人的，在選擇完新的領航者機器人后，編隊控制系統還能夠快速實現領航者和跟隨者的一鍵切換，從而形成新的編隊隊形，更加迅速且穩定的編隊至目標點進行探索工作，本發明實現當多機器人探索過程中目標點突然變換，編隊控制系統能夠較快較準確的判斷是否應該更換領航者，在更換過程中是以能夠快速到達新目標點為基礎的，可以實現較快的變換編隊隊形同時保持編隊運動控制穩定。

技術領域

本發明涉及智能控制技術領域，具體涉及一種領航者可變的多機器人編隊控制方法。

背景技術

移動機器人，作為機器人領域的經典分支之一，主要研究能夠在復雜位置環境中進行自主建模、分析、決策和移動的機器人，如智能車、自主飛行器，水下機器人等。近年來，得益于傳感、通訊、控制等諸多領域的蓬勃發展，移動機器人領域不斷出現許多新的傳感器應用和控制算法。然而，盡管傳統的單移動機器人系統配備更多先進的傳感和通信設備，采用更為有效的控制算法，卻仍然難以勝任當前愈發復雜和精確的機器人任務。因此，為解決上述問題，多機器人系統應運而生，它是指多個機器人組成一個團體，通過機器人間的協作，充分發揮團體內在的各種優勢。較單機器人系統而言，多機器人系統一般具有如下優勢：一是多機器人系統可以完成對于單機器人系統而言過于復雜的任務；二是多機器人系統能夠更好地處理一些本身具有分布式性質的任務，如搜索與救援、區域覆蓋等；三是在生產制造方面，量產多個簡單機器人的成本要遠低于定制一臺功能強大、設計復雜的機器人；四是多機器人系統適用于分布式或并行算法，能夠以更小的時間或者空間復雜度去解決相同的問題。近些年，突發事件越來越多，嚴重威脅人們的生命和財產安全。現實生活中災難的多樣性和復雜性正以指數級形式增長，多機器人編隊為實現災難損失和傷害的最小化研究提供了借鑒和啟發。在災難救援領域，救援機器人以編隊形式對災后現場進行搜索救援，不但避免單機器人救援時覆蓋面積不夠的問題，同時極大地縮短了搜救時間，為人員搶救、災情處理爭取了寶貴的時間。

通過領航-跟隨法基本可以實現分布式的多機器人編隊控制，但同時也帶來了一些新的問題。當多機器人在探索過程中現場某地點突然發生了更緊急的情況，需要更改機器人導航目標點，較快地形成穩定的編隊控制。但使用現有的編隊控制可能導致到達新目標點的所需運動耗時長、效率低，這對緊急搜救工作的影響是很大的。而且當目標點變換后，可能出現領航者的當前位置距離新目標點較遠，而跟隨者距離新目標點更近，但是由于隊形的約束，在調整過程中出現的運動軌跡將是不可預料的。這些問題將導致編隊控制失敗。

發明內容

本發明的目的在于提供一種領航者可變的多機器人編隊控制方法，首先通過判斷條件系統可以快速地判決出是否應該更換領航者，其次在選定新的領航者時，是以能夠快速到達新目標點且盡少地改變原先編隊隊形的基礎上，選擇新領航者機器人的，在選擇完新的領航者機器人后，編隊控制系統還能夠快速實現領航者和跟隨者的一鍵切換，從而形成新的編隊隊形，更加迅速且穩定的編隊至目標點進行探索工作。

本發明所解決的技術問題為：

(1)解決使用現有多機器人編隊控制帶來的探索過程中目標點變換使得探索耗時久和運動軌跡難以保持編隊的問題；

(2)解決如何快速選定新的領航者的問題；

(3)解決如何快速切換領航者與跟隨者的問題，

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種領航者可變的多機器人編隊控制方法，包括以下步驟:

步驟一：多機器人編隊服務器通過設置的目標點1保持編隊隊形行進，行進過程中，多機器人編隊服務器向領航者機器人發送行進指令，領航者機器人開啟導航避障，跟隨者機器人通過接收領航者機器人的運動控制指令保持行進；