一种仿萤火虫同步发光群体机器人及其同步发光方法技术

本发明专利技术公开了一种仿萤火虫同步发光群体机器人及其同步发光方法该群体机器人至少由2个单体机器人个体组成，所述单体机器人包括外壳、控制器模块和摄像头传感器及发光模块，单体机器人开启后，每个单体机器人记录一个与时间成线性变化的相位，当相位达到发光相位时，单体机器人发出一个脉冲光信号，之后单体机器人进入下一个发光周期，通过在上一个发光周期过程中记录的其他单体机器人发光时的自身相位，来调整本单体机器人本身的初始相位，这样经过多个发光周期后，多个单体机器人的发光周期趋于同步，最终达到所有单体机器人同步发光。本发明专利技术每个单体机器人是一个独立的个体，可以任何组合，智能化程度高，成本低，可扩展性强，鲁棒性好。

A synchronous luminescent swarm robot with firefly and its synchronous luminescence method

The invention discloses an imitation firefly synchronous luminescence and synchronous luminescence method of the swarm robot swarm robot consists of at least 2 individual single robot, the single robot controller module and comprises a shell, a camera sensor and a light emitting module, single robot is open, every single robot records a linear change and the time when the phase to phase phase, light, single robot emits a pulse of light signal, after a single robot into a luminous cycle by lighting in a cycle of other single robot records when the light's phase, to adjust the initial phase of the single robot itself. So after a light cycle, light cycle single robot tends to synchronize, ultimately all single robot synchronous luminescence. Each single robot is an independent individual, and can be used in any combination, with high intelligence, low cost, strong scalability and good robustness.

【技术实现步骤摘要】
一种仿萤火虫同步发光群体机器人及其同步发光方法
本专利技术涉及一种同步发光群体机器人，具体涉及一种仿萤火虫同步发光群体机器人及其同步发光方法。
技术介绍
通过认识自然界社会性生物的群体自组织行为，人们展开了群体机器人的研究和应用。在自然界中，每到夏日的夜晚，在一定范围内的所有萤火虫都保持一定的频率同步发光，这种同步现象从无机到有机组织，再到人类社会活动广泛存在，例如周期起搏细胞中的神经元网络；心脏同步起博系统；蟋蟀的同步叫声；无任何指挥下大礼堂内人群的掌声会自发一致等。群体机器人通过彼此协同在非结构化复杂多变的环境中执行任务时拥有强大的功能扩展性、灵活性、适应性和鲁棒性，能够完成单个或者多个单体机器人组合在一起无法完成的任务，对群体机器人研究和应用的突破能够带来机器人领域革命性的飞跃。目前对同步发光群体机器人的研究国内外都处于初级阶段。国内主要对于频率同步算法有少量的理论研究，几乎没有制作好的同步发光群体机器人实体公开。如中国专利201611118507.2介绍的“一种新型采样频率同步算法”。国外这方面的研究起步较早，技术更成熟，现在已有成品的同步发光机器人存在。但它们大都是基于无线传感器网络(WSN)的，WSN可以依靠网络中不同位置的多个传感器，进行全方位测量，将测量的数据融合，之后通过人机交互或节点之间的逐级通讯，从而逐渐实现同步。这种节点无法与时间基准直接同步的方法，必然导致同步精度随着节点离时间基准的距离的增加而增加。例如，美国HarvardUniversity的Self-OrganizingSystemsResearchGroup制作的群体机器人，日本FutureUniversityHakodate制作的FireflyRobots等。但这些成品的同步发光机器人普遍存在着造价昂贵、结构复杂、可扩展性差以及一致性不稳定的问题。
技术实现思路
为了克服现有的同步发光群体机器人的缺点，本专利技术提供了一种基于视觉感知的仿萤火虫同步发光群体机器人。该同步发光群体机器人至少由2个单体机器人组成，依靠摄像头传感器识别周围单体机器人的状态，并据此调整自身的发光状态；每个单体机器人单体都是一个完整独立的个体，智能化程度高，成本低，体积小，可扩展性强，观赏性高，鲁棒性好。每个单体机器人的结构与执行的程序都完全相同。本专利技术具体是通过以下技术方案来实现的：一种仿萤火虫同步发光群体机器人，由至少两个单体机器人组成，其特征在于：所述单体机器人包括外壳、控制器模块和安装在外壳内的摄像头传感器及发光模块，单体机器人发光模式为：单体机器人开启后，每个单体机器人记录一个与时间成线性变化的相位，当相位从初始相位达到发光相位时，控制器模块控制发光模块发出一个脉冲光信号，同时该相位复位到初始相位进入下一个发光周期，单体机器人如此周期性发出光信号；所述控制器模块通过摄像头传感器记录的其他单体机器人的发光状态，来调整本单体机器人本身的发光状态来使多个单体机器人的发光周期趋于同步，最终达到所有单体机器人同步发光。作为改进，所述控制器模块调整本单体机器人发光状态的具体方法为：每个单体机器人的摄像头传感器记录其上一个发光周期内其他每个外部单体机器人发光时，本单体机器人的相位，将单体机器人发光时相位记为max，将某个单体机器人在上一个发光周期内外部其他单体机器人发光时的相位记为S1,S2,S3...Sn，n为自然数，Sn表示某个单体机器人在上一个发光周期内外部第n个单体机器人发光时的相位，则本单体机器人的初始相位调整为S表示初始相位，每个单体机器人经过上述步骤循环，经过多个发光周期后所有单体机器人发光趋于同步，最终达到同步发光状态。作为改进，所述发光模块为三色LED灯。作为改进，所述当体机器人的外壳为上部镂空的外壳，所述摄像头传感器和发光模块安装在外壳的镂空处。作为改进，所述控制器模块包括电路主板和安装在电路主板上的单片机，所述单片机通过电路主板与摄像头传感器及发光模块相连。作为改进，所述三色LED灯至少有两个，且三色LED灯分布在摄像头传感器两侧。作为改进，所述外壳上还设有液晶显示屏，所述液晶显示屏用于显示该单体机器人周围其他的单体机器人的发光信息。作为改进，所述单体机器人还设有机器人开关、复位开关和用于给单体机器人供电的电源，所述机器人开关用于打开和关闭单体机器人，所述复位开关用于将单体机器人复位到初始状态。作为改进，所述控制器模块还包括晶振，所述单体机器人通过晶振记录时间。一种仿萤火虫同步发光群体机器人同步发光方法，其特征在于，包括以下步骤：该同步发光群体机器人由至少两个单体机器人组成，所述单体机器人包括外壳、控制器模块和安装在外壳内的摄像头传感器及发光模块；单体机器人发光模式为：单体机器人开启后，每个单体机器人记录一个与时间成线性变化的相位，当相位从初始相位达到发光相位时，控制器模块控制发光模块发出一个脉冲光信号，同时该相位复位到初始相位进入下一个发光周期，单体机器人如此周期性发出光信号；每个单体机器人的摄像头传感器记录其上一个发光周期内其他每个外部单体机器人发光时，本单体机器人的相位，将单体机器人发光时相位记为max，将某个单体机器人在上一个发光周期内外部其他单体机器人发光时的相位记为S1,S2,S3...Sn，n为自然数，Sn表示某个单体机器人在上一个发光周期内外部第n个单体机器人发光时的相位，则本单体机器人本发光周期的初始相位调整为S表示初始相位，每个单体机器人经过上述步骤循环，经过多个发光周期后所有单体机器人发光趋于同步，最终达到同步发光状态。本专利技术产生的有益效果为：依靠视觉感知来实现群体机器人的同步发光，提供了一种新型的同步模型，不需要无线传感器网络(WSN)支撑，每个单体机器人只需识别在其摄像头传感器视觉范围内的其他单体机器人，无需知晓全局范围内其他单体机器人的状态，无上位机操作，每个单体机器人无主次之分，组成一个群体的单体机器人数量可以任意增减，只要满足大于两个即可，可扩展性强，鲁棒性强，体积小，成本低，可根据需求搭载其他模块。附图说明图1是本专利技术的总体结构图。图2是本专利技术的电路主板结构图。图3是本专利技术的整体俯视图。图4是本专利技术的整体正视图。图5是本专利技术的同步发光过程图。图6是本专利技术的同步发光程序流程图。图中1-外壳，2-摄像头传感器，3-三色LED灯，4-机器人开关，5-电路主板，6-锂离子电池，7-复位开关，8-LCD液晶显示屏，9-底座，10-晶振，11-固定铜柱，12-LCD液晶显示屏插孔，13-程序烧录串口，14-单片机，15-摄像头传感器插孔。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术是一种基于视觉感知的仿萤火虫同步发光群体机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿萤火虫同步发光群体机器人，由至少两个单体机器人组成，其特征在于：所述单体机器人包括外壳、控制器模块和安装在外壳内的摄像头传感器及发光模块，单体机器人发光模式为：单体机器人开启后，每个单体机器人记录一个与时间成线性变化的相位，当相位从初始相位达到发光相位时，控制器模块控制发光模块发出一个脉冲光信号，同时该相位复位到初始相位进入下一个发光周期，单体机器人如此周期性发出光信号；所述控制器模块通过摄像头传感器记录的其他单体机器人的发光状态，来调整本单体机器人本身的发光状态来使多个单体机器人的发光周期趋于同步，最终达到所有单体机器人同步发光。

【技术特征摘要】
1.一种仿萤火虫同步发光群体机器人，由至少两个单体机器人组成，其特征在于：所述单体机器人包括外壳、控制器模块和安装在外壳内的摄像头传感器及发光模块，单体机器人发光模式为：单体机器人开启后，每个单体机器人记录一个与时间成线性变化的相位，当相位从初始相位达到发光相位时，控制器模块控制发光模块发出一个脉冲光信号，同时该相位复位到初始相位进入下一个发光周期，单体机器人如此周期性发出光信号；所述控制器模块通过摄像头传感器记录的其他单体机器人的发光状态，来调整本单体机器人本身的发光状态来使多个单体机器人的发光周期趋于同步，最终达到所有单体机器人同步发光。2.如权利要求1所述的一种仿萤火虫同步发光群体机器人，其特征在于：所述控制器模块调整本单体机器人发光状态的具体方法为：每个单体机器人的摄像头传感器记录其上一个发光周期内其他每个外部单体机器人发光时，本单体机器人的相位，将单体机器人发光时相位记为max，将某个单体机器人在上一个发光周期内外部其他单体机器人发光时的相位记为S1,S2,S3...Sn，n为自然数，Sn表示某个单体机器人在上一个发光周期内外部第n个单体机器人发光时的相位，则本单体机器人的初始相位调整为S表示初始相位，每个单体机器人经过上述步骤循环，经过多个发光周期后所有单体机器人发光趋于同步，最终达到同步发光状态。3.如权利要求2所述的一种仿萤火虫同步发光群体机器人，其特征在于：所述发光模块为三色LED灯。4.如权利要求3所述的一种仿萤火虫同步发光群体机器人，其特征在于：所述当体机器人的外壳为上部镂空的外壳，所述摄像头传感器和发光模块安装在外壳的镂空处。5.如权利要求4所述的一种仿萤火虫同步发光群体机器人，其特征在于：所述控制器模块包括电路主板和安装在电路主板上的单片机，所述单片机通过电路主板与摄像头传感器及发光模块相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷斌，郑超学，李看，高旭敏，周亮，易文，王华宇，王翰，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42