一种多机器人控制协调者产生方法技术

本发明专利技术提供了一种多机器人控制协调者产生方法，选取多机器人网络中处于逻辑拓扑结构的中心位置的机器人为协调者；当网络中存在多个可能的中心位置时，选取周围有较多机器人数量的机器人为协调者；确定协调者后，通过广播和转发方式通知所有机器人。本发明专利技术提供的方法克服了现有技术的不足，借鉴无线传感网络的簇头选举方法和网络路由方法，有助于快速产生机器人协调者，通过选取网络逻辑拓扑的中心为协调者，减少网络协调者与其他节点之间数据传输跳数，减少数据传输延时，提高协调者与其他节点之间数据传输效率，进而提高了整个网络的数据传输效率。本发明专利技术方法不仅适用于单跳的网络中，而且适用于多跳网络中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多机器人控制协调者产生方法，属于机器人

技术介绍
目前，机器人技术广泛应用于灾难救援、数据采集监测等领域中，多机器人协调作业有助于提高任务完成速度和效率，因此，多机器人的队形控制和网络协调是当前的热点问题。多机器人的队形控制主要包括集中式结构和分布式结构。集中式结构中，由某一关键的个体进行决策并与团队中的其他机器人进行通讯，该核心个体可以优化机器人的协调，监视任务的完成情况。分布式体系结构是指在机器人团队的控制结构中没有集中组织，单个机器人根据局部信息进行自主决策。分布式结构的优点在于对单个机器人成员的故障或丢失具有鲁棒性和可扩展性，并且不易受通讯和计算误差的影响。然而，分布式结构算法相对复杂且获取信息有限，导致无法进行较为全面的集中决策。多机器人队形控制方法中主要针对选取好协调者后，其余非协调者机器人如何与协调者保持特定队形，如柱形、直线形、三角形、菱形、楔形以及圆形等结构，协调者的选取方法主要根据机器人位置等选取。在无线传感网络中，网络分簇是一种常用的方法，分簇传感网络由多个相邻的传感节点聚合成簇，簇头节点由簇内的各传感节点选举产生。簇头的选举方法包括随机选取、轮流选取方法等，选举依据一般根据传感节点的剩余能量或节点位置等。现有的无线传感网络的簇头选举方法主要适用于单跳的簇结构中，不能适用于多跳的簇结构中。现有方法注重节点的能量，机器人组网时，机器人电池可先更换，能量会相对充足，因此，除了能量约束外，通过该机器人编组完成特定任务更为重要，更应该注重机器人组网的性能，数据传输的效率。多机器人的网络中，需要多个机器人配合作业完成一些特定任务，此时需要产生一个协调者对这些机器人进行集中控制和协调，以提高机器人作业的效率。多机器人的网络中，有且仅有一个机器人协调者，该协调者负责管理和控制整个网络。与普通的网络不同，该网络可能为多跳网络，即机器人协调者与非协调者之间可能无法直接通信，需经过中间节点转发数据。此时，现有的协调者选举方法和分簇数据传输方法将不能直接使用。由于多机器人网络中，机器人协调者与非协调者之间的数据传输要求要大于非协调者之间的数据传输要求。因此，提高协调者与非协调者之间的数据传输效率，有助于提高整个机器人网络的数据传输效率，进而提高整个网络的性能，提高任务的完成速度和效果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是在多机器人网络中，如何提高机器人协调者与非协调者之间的数据传输效率，进而提高整个机器人网络的数据传输效率。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种多机器人控制协调者产生方法，其特征在于，该方法由以下2个步骤组成：步骤1：选取多机器人网络中处于逻辑拓扑结构的中心位置的机器人为协调者；当网络中存在多个可能的中心位置时，选取周围有较多机器人数量的机器人为协调者；步骤2：确定协调者后，通过广播和转发方式通知所有机器人。优选地，所述步骤1的具体过程如下：统计网络中任意两个节点的最短路径跳数，并取出最短路径中跳数最大的路径；假设该路径的跳数为M，M为正整数，该路径的节点数为M+1；a1)当M为偶数时，取出该路径的最中间节点为协调者；a2)当M为奇数时，取出该路径最中间的两个节点，计算该两个节点的一跳邻居节点数，取一跳邻居节点数多的节点为协调者；当两个节点的一跳邻居节点数相同时，取该两个节点中节点ID小的为协调者。更优选地，当网络中最短路径中跳数最大的路径有多条时，设有L条路径，L为大于1的整数，假设这些路径的跳数为M，M为正整数，该路径的节点数为M+1；b1)当M为偶数时，取出该L条路径的最中间节点并计算节点的一跳邻居节点数，取一跳邻居节点数多的节点为协调者；当这些节点的一跳邻居节点数相同时，取节点ID小的为协调者；b2)当M为奇数时，取出该L条路径最中间的两个节点，计算这些节点的一跳邻居节点数，取一跳邻居节点数多的节点为协调者；当这些节点的一跳邻居节点数相同时，取节点ID小的为协调者。优选地，所述步骤2的具体过程如下：2.1确定协调者后，担任协调者的机器人发布广播信息；2.2非协调者接收到协调者的广播信息后，如果是第一次接收到该广播信息，则将该广播信息继续广播，同时将自己的节点ID写入该广播信息的发送节点ID中。更优选地，所述广播信息包含信息类型、源节点ID、发送节点ID、目的节点ID、协调者ID、信息结束标识。本专利技术针对多机器人网络中，机器人之间需要多跳传输数据且网络协调者的数据传输需求较大的特点，通过选取多机器人网络中处于中心位置(逻辑拓扑结构的中心位置)的机器人为协调者；当网络中存在多个可能的中心位置时，选取周围有较多机器人数量(较多的一跳邻居节点数)的机器人为协调者；通过该协调者选取方法，减少协调者与其余网络节点之间数据传输的跳数，提高网络数据传输效率。本专利技术提供的方法克服了现有技术的不足，借鉴无线传感网络的簇头选举方法和网络路由方法，有助于快速产生机器人协调者，通过选取网络逻辑拓扑的中心为协调者，减少网络协调者与其他节点之间数据传输跳数，减少数据传输延时，提高协调者与其他节点之间数据传输效率，进而提高了整个网络的数据传输效率。本专利技术方法不仅适用于单跳的网络中，而且适用于多跳网络中。附图说明图1为机器人组队协调者确定示意图；图2为协调者确定广播信息结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本实施例提供了一种多机器人控制协调者产生方法，具体过程如下。1、网络的多个机器人根据网络拓扑确定担任协调者的机器人，确定方法如下：统计网络中任意两个节点的最短路径跳数，并取出最短路径中跳数最大的路径；A.当网络中最短路径中跳数最大的路径有且只有一条时，假设该路径的跳数为M(M为正整数)，该路径的节点数为M+1；(a1)当M为偶数时，取出该路径的最中间节点为协调者；(a2)当M为奇数时，取出该路径最中间的两个节点，计算该两个节点的一跳邻居节点数，取一跳邻居节点数多的节点为协调者(当以连通图来表示网络拓扑时，节点的一跳邻居节点数即为节点为顶点的度，即取度大的节点为协调者)；当两个节点的一跳邻居节点数相同时，取该两个节点中节点ID小的为协调者；B.当网络中最短路径中跳数最大的路径有多条时，设有L条路径(L为大于1的整数)，假设这些路径的跳数为M(M为正整数)，该路径的节点数为M+1；(b1)当M为偶数时，取出该L条路径的最中间节点并计算节点的一跳邻居节点数，取一跳邻居节点数多的节点为协调者；当这些节点的一跳邻居节点数相同时，取节点ID小的为协调者；(b2)当M为奇数时，取出该L条路径最中间的两个节点，计算这些节点的一跳邻居节点数，取一跳邻居节点数多的节点为协调者；当这些节点的一跳邻居节点数相同时，取节点ID小的为协调者。协调者确定方法实例如图1所示，图1中各机器人节点之间的路径连接用实线表示，节点N1到N2之间的最短路径为节点N1经过N4、N0后到达N2的路径(表示为路径P12)，该路径有5跳6个节点。节点N1到N3的最短路径为N1经过N4、N5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多机器人控制协调者产生方法，其特征在于，该方法由以下2个步骤组成：步骤1：选取多机器人网络中处于逻辑拓扑结构的中心位置的机器人为协调者；当网络中存在多个可能的中心位置时，选取周围有较多机器人数量的机器人为协调者；步骤2：确定协调者后，通过广播和转发方式通知所有机器人。

【技术特征摘要】
1.一种多机器人控制协调者产生方法，其特征在于，该方法由以下2个步骤组成：步骤1：选取多机器人网络中处于逻辑拓扑结构的中心位置的机器人为协调者；当网络中存在多个可能的中心位置时，选取周围有较多机器人数量的机器人为协调者；步骤2：确定协调者后，通过广播和转发方式通知所有机器人。2.如权利要求1所述的一种多机器人控制协调者产生方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程如下：统计网络中任意两个节点的最短路径跳数，并取出最短路径中跳数最大的路径；假设该路径的跳数为M，M为正整数，该路径的节点数为M+1；a1)当M为偶数时，取出该路径的最中间节点为协调者；a2)当M为奇数时，取出该路径最中间的两个节点，计算该两个节点的一跳邻居节点数，取一跳邻居节点数多的节点为协调者；当两个节点的一跳邻居节点数相同时，取该两个节点中节点ID小的为协调者。3.如权利要求2所述的一种多机器人控制协调者产生方法，其特征在于：当网络中最短路径中跳数最大的路径有多条时，设有L条路径，L为大...

【专利技术属性】
技术研发人员：范光宇，陈年生，孙强，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31