一种基于自适应多机器人优化编队控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自适应多机器人优化编队控制方法和系统。公开的方法包含：步骤S100：设置上位机及若干台机器人之间的无线通信得到所有机器人的位置及航向角；步骤S200：得到多机器人优化编队控制方法的控制率；步骤S300：设定领航机器人和跟随机器人初始位姿、期望距离、期望观测角为固定值，测试得到控制率中的参数值；步骤S400：将得到的参数值拟合得到参数拟合曲线；步骤S500：设定领航机器人和跟随机器人的初始位姿、初始距离、期望距离、期望观测角及领航机器人的速度；步骤S600：跟随机器人在运行过程中根据其测得实时位置及航向角，自动调整控制率中的参数，计算其线速度和角速度。快速实现自动调整多机器人自动编队开始到队形稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应多机器人优化编队控制方法及系统
本专利技术涉及机器人的编队控制领域，具体涉及一种基于自适应多机器人优化编队控制方法及系统。
技术介绍
20世纪60年代，Robot开始出现在我们的生活中，随着社会的发展和进步，机器人领域的发展也日新月异，近年来，人工智能也受到了越来越多人的关注。最初，机器人的功能简单，传感器单一，只能完成较为简单的工作，但是现在，由于传感器技术的更新，机器人的功能也越来越复杂，机器人的功能、鲁棒性、效率等都有很大的提升，但是当需要执行一些比较艰巨困难、环境不断变化、且效率要求高的任务时，单个机器人已经满足不了我们的需求，因此，多机器人系统应运而生。相比与单机器人系统多机器人系统的应用范围慢慢向制造业、军事领域发展，涉及领域将越来越广泛，如在高危环境下作业，机器人能够高效地完成复杂地任务，特别适合人类无法适应的环境下工作，多机器人系统也可以参加军事活动，现代化战争中，利用机器人代替军事人员执行危险任务来减少人员伤亡，如排雷和搜索任务等。多机器人系统在工业生产中的装配和灾后的救援方面也发挥着巨大的作用。对于多机器人系统而言，如何产生各个机器人的协调无碰撞运动路线是对它的一项基本要求。多机器人编队控制方法的种类迄今已有很多，包括领航跟随法，人工势场法，虚拟结构法和基于行为的方法等等，但多机器人编队技术中控制率的设计总是要求人们设置参数，参数的调节耗费大量的时间。如领航跟随法的控制率，以编队误差为基础设置控制方式，总是需要两个参数来调节跟随机器人的线速度和角速度，编队模型以距离和角度为标准，参数的设置与具体的应用平台有关，不同的机器人用相同的控制方法来验证编队算法，所得到的参数选择也大不相同。因此，如何快速实现自动调整多机器人自动编队从而实现多机器人从编队开始到队形稳定，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于自适应多自主机器人优化编队控制方法，能够快速实现自动调整多机器人自动编队从而实现多机器人从编队开始到队形稳定。包含以下步骤：步骤S100：设置上位机及若干台机器人之间的无线通信得到所有机器人的位置及航向角；步骤S200：得到多机器人优化编队控制方法的控制率；步骤S300：设定领航机器人和跟随机器人初始位姿、期望距离、期望观测角为固定值，测试得到不同初始距离下相应的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值；步骤S400：将不同初始距离下的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值进行拟合，得到参数拟合曲线；步骤S500：设定领航机器人和跟随机器人的初始位姿、初始距离、期望距离、期望观测角及领航机器人的速度；步骤S600：跟随机器人在运行过程中根据其测得实时位置及航向角，自动调整多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数，跟随机器人根据控制率计算自身的线速度和角速度；步骤S700：跟随机器人比对是否达到目标位置，若未达到继续返回步骤S600，若达到目标位置，则完成稳定编队，流程结束。优选地，所述步骤S200中多机器人优化编队控制方法的中跟随机器人的线速度和角速度控制率具体为：其中，vi为领航机器人的线速度，θi为领航机器人的航向角，ωi为领航机器人的角速度，θj为跟随机器人的航向角，lij为跟随机器人与领航机器人之间的实际距离，lijd为跟随机器人与领航机器人之间的期望距离，为跟随机器人与领航机器人之间的观测角，为跟随机器人与领航机器人之间的期望观测角，L为队形控制的离轴点距离，k1和k2为参数，i＝1...n，j＝1...m，n为领航机器人的个数，m为跟随机器人的个数。优选地，所述步骤S300具体为：设定跟随机器人的线速度和角速度的控制率，领航机器人和跟随机器人初始位姿、期望距离、期望观测角为固定值，设置跟随机器人与领航机器人之间不同的初始实际距离，用于测试跟随机器人与领航机器人之间不同初始实际距离下，稳定时跟随机器人所走的距离大小并进行比较，找到跟随机器人所走的最短距离时多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值k1和k2。优选地，所述步骤S400具体为：将跟随机器人与领航机器人之间不同初始实际距离下得到的参数值进行拟合，得到初始距离、参数k1和k2的拟合曲线，代替多机器人优化编队控制方法中跟随机器人线速度和角速度控制率中的参数值。本专利技术还提供了一种基于自适应多机器人优化编队控制方法的系统，包括领航机器人、若干台跟随机器人、上位机，使用上述的基于自适应多自主机器人优化编队控制方法。优选地，所述机器人上设置有串口转wifi模块，将若干个机器人与上位机接到同一个局域网内，实现上位机与所有机器人之间以及各个机器人之间的无线通讯。优选地，所述机器人上设置有传感器，用于获得其位置及航向角。优选地，所述上位机通过接口函数实现机器人的初始位姿、初始距离、期望距离、期望观测角及领航机器人的速度的设置。利用设定控制率，领航机器人和跟随机器人初始位姿、期望距离、期望观测角为固定值，测试得到不同初始距离下相应的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值。将不同初始距离下的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值进行拟合，得到参数拟合曲线。跟随机器人在运行过程中根据其测得实时位置及航向角，自动调整多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数，从而实现多机器人从编队开始到队形稳定，并节省了大量的时间。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是第一种实施方式提供的一种基于自适应多机器人优化编队控制方法流程图；图2是第二种实施方式提供的一种基于自适应多机器人优化编队控制方法流程图；图3是本专利技术提供的一种基于自适应多机器人优化编队控制系统的系统框图。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。参见图1，图1为第一种实施方式提供的一种基于自适应多机器人优化编队控制方法流程图。一种基于自适应多机器人优化编队控制方法包含以下步骤：步骤S100：设置上位机及若干台机器人之间的无线通信得到所有机器人的位置及航向角；所述若干台机器人至少为两台包括一台领航机器人和一台跟随机器人。步骤S200：得到多机器人优化编队控制方法的控制率；步骤S300：设定领航机器人和跟随机器人初始位姿、期望距离、期望观测角为固定值，测试得到不同初始距离下相应的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值；所述领航机器人和跟随机器人初始位姿、期望距离、期望观测角设定的固定值可根据队形要求给定的，即根据队形要求设定领航机器人和跟随机器人期望的初始位姿、期望距离、期望观测角。步骤S400：将步骤S300中不同初始距离下得到的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值进行拟合，得到参数拟合曲线；步骤S500：设定领航机器人和跟随机器人的初始位姿、初始距离、期望距离、期望观测角及领航机器人的速度；步骤S600：跟随机器人在运行过程中根据其测得实时位置及航向角，自动调整多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数，跟随机器人根据控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应多机器人优化编队控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S100：设置上位机及若干台机器人之间的无线通信得到所有机器人的位置及航向角；步骤S200：得到多机器人优化编队控制方法的控制率；步骤S300：设定领航机器人和跟随机器人初始位姿、期望距离、期望观测角为固定值，测试得到不同初始距离下相应的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值；步骤S400：将不同初始距离下的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值进行拟合，得到参数拟合曲线；步骤S500：设定领航机器人和跟随机器人的初始位姿、初始距离、期望距离、期望观测角及领航机器人的速度；步骤S600：跟随机器人在运行过程中根据其测得实时位置及航向角，自动调整多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数，跟随机器人根据控制率计算自身的线速度和角速度；步骤S700：跟随机器人比对是否达到目标位置，若未达到继续返回步骤S600，若达到目标位置，则完成稳定编队，流程结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应多机器人优化编队控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S100：设置上位机及若干台机器人之间的无线通信得到所有机器人的位置及航向角；步骤S200：得到多机器人优化编队控制方法的控制率；步骤S300：设定领航机器人和跟随机器人初始位姿、期望距离、期望观测角为固定值，测试得到不同初始距离下相应的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值；步骤S400：将不同初始距离下的多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数值进行拟合，得到参数拟合曲线；步骤S500：设定领航机器人和跟随机器人的初始位姿、初始距离、期望距离、期望观测角及领航机器人的速度；步骤S600：跟随机器人在运行过程中根据其测得实时位置及航向角，自动调整多机器人优化编队控制方法的控制率中的参数，跟随机器人根据控制率计算自身的线速度和角速度；步骤S700：跟随机器人比对是否达到目标位置，若未达到继续返回步骤S600，若达到目标位置，则完成稳定编队，流程结束。2.根据权利要求1所述的基于自适应多机器人优化编队控制方法，其特征在于，所述步骤S200中多跟随机器人优化编队控制方法中的跟随机器人的线速度和角速度控制率具体为：其中，vi为领航机器人的线速度，θi为领航机器人的航向角，θj为跟随机器人的航向角，lij为跟随机器人与领航机器人之间的实际距离，lijd为跟随机器人与领航机器人之间的期望距离，为跟随机器人与领航机器人之间的观测角，为跟随机器人与领航机器人之间的期望观测角，L为队形控制的离轴点距离，k1和k2为参数，i＝1...n，j＝1...m，n为领航机器人的个数，m为跟随机器人的个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张方方，谢兆昆，彭金柱，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41