一种多机器人系统自适应分散协同控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多机器人系统自适应分散协同控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：当其它机器人位于本体机器人的交互区域内时，本体机器人与其它机器人建立交互通信，并控制本体机器人和其它机器人之间产生聚合力；当其它机器人位于本体机器人的缓冲区域内时，控制本体机器人和其它机器人之间产生排斥力，其中，缓冲区域位于交互区域内。由于通过控制缓冲区域内邻近机器人之间的聚合力和排斥力，使得多机器人能维持网络的初始互连关系，且避免成员之间发生碰撞。

An Adaptive Decentralized Cooperative Control Method and System for Multi-Robot Systems

【技术实现步骤摘要】
一种多机器人系统自适应分散协同控制方法及系统
本专利技术涉及多智能体系统协同控制
，尤其涉及的是一种多机器人系统自适应分散协同控制方法及系统。
技术介绍
多机器人是指两个或两个以上的机器人，协作是指机器人通过一种机制合作完成一项任务，对于自主移动机器人编队问题来说合作就是保持队形，在各个时刻各机器人的位置满足一种数学关系。现有技术中，多机器人之间易出现冲突和矛盾，比如说机器人之间出现碰撞。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种多机器人系统自适应分散协同控制方法及系统，旨在解决现有技术中多机器人之间易出现冲突和矛盾的问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种多机器人系统自适应分散协同控制方法，其中，包括以下步骤：当其它机器人位于本体机器人的交互区域内时，本体机器人与其它机器人建立交互通信，并控制本体机器人和其它机器人之间产生聚合力；当其它机器人位于本体机器人的缓冲区域内时，控制本体机器人和其它机器人之间产生排斥力，其中，缓冲区域位于交互区域内。所述的多机器人系统自适应分散协同控制方法，其中，所述本体机器人和其它机器人之间产生聚合力步骤中，其中，表示本体机器人i的位置pi的聚合力导数，vi,c表示本体机器人i的聚合力控制输入，C表示聚合力控制常数，pig表示本体机器人i下一时间步长的目标位置，pi表示本体机器人i的位置，Ni,c表示本体机器人i的交互区域内其它机器人的集合，表示空集，|vi,max|表示本体机器人i的最大速度，Rs表示交互区域的半径。所述的多机器人系统自适应分散协同控制方法，其中，所述当其它机器人位于本体机器人的缓冲区域内时，控制其它机器人对本体机器人产生排斥力步骤还包括：控制其它机器人位于本体机器人的安全区域之外。所述的多机器人系统自适应分散协同控制方法，其中，所述控制其它机器人位于本体机器人的安全区域之外步骤中，其中，表示本体机器人i的位置pi的排斥力导数，vi,r表示本体机器人i的排斥力控制输入，vij,r表示其它机器人j对本体机器人i的排斥力控制输入，Ni,r表示本体机器人i的缓冲区域内其它机器人的集合，pj表示其它机器人j的位置，f(·)表示斜坡函数，M表示避免本体机器人i和其它机器人j发生碰撞的控制常数，D表示安全区域的半径，d'表示缓冲区域的宽度，|vi,max|表示本体机器人i的最大速度，∑表示求和操作。所述的多机器人系统自适应分散协同控制方法，其中，所述本体机器人与其它机器人建立交互通信步骤之后包括：控制本体机器人的速度对准，其中，表示本体机器人i的位置pi的对准导数，Ai＝Ni,c(O)∪{i}表示本体机器人和其它机器人组成的索引集，card(Ai)为集合Ai中元素的数量，t表示时间，vi,m表示本体机器人速度对准时的速度，vj,m表示二机器人速度对准时的速度。一种多机器人系统自适应分散协同控制系统，其中，包括：处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多机器人系统自适应分散协同控制程序，所述程序被所述处理器执行时实现以下步骤：当其它机器人位于本体机器人的交互区域内时，本体机器人与其它机器人建立交互通信，并控制本体机器人和其它机器人之间产生聚合力；当其它机器人位于本体机器人的缓冲区域内时，控制本体机器人和其它机器人之间产生排斥力，其中，缓冲区域位于交互区域内。所述的多机器人系统自适应分散协同控制系统，其中，所述多机器人系统自适应分散协同控制程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：所述本体机器人和其它机器人之间产生聚合力步骤中，其中，表示本体机器人i的位置pi的聚合力导数，vi,c表示本体机器人i的聚合力控制输入，C表示聚合力控制常数，pig表示本体机器人i下一时间步长的目标位置，pi表示本体机器人i的位置，Ni,c表示本体机器人i的交互区域内其它机器人的集合，表示空集，|vi,max|表示本体机器人i的最大速度，Rs表示交互区域的半径。所述的多机器人系统自适应分散协同控制系统，其中，所述多机器人系统自适应分散协同控制程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：控制其它机器人位于本体机器人的安全区域之外。所述的多机器人系统自适应分散协同控制系统，其中，所述多机器人系统自适应分散协同控制程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：所述控制其它机器人位于本体机器人的安全区域之外步骤中，其中，表示本体机器人i的位置pi的排斥力导数，vi,r表示本体机器人i的排斥力控制输入，vij,r表示其它机器人j对本体机器人i的排斥力控制输入，Ni,r表示本体机器人i的缓冲区域内其它机器人的集合，pj表示其它机器人j的位置，f(·)表示斜坡函数，M表示避免本体机器人i和其它机器人j发生碰撞的控制常数，D表示安全区域的半径，d'表示缓冲区域的宽度，|vi,max|表示本体机器人i的最大速度，∑表示求和操作。所述的多机器人系统自适应分散协同控制系统，其中，所述多机器人系统自适应分散协同控制程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：控制本体机器人的速度对准，其中，表示本体机器人i的位置pi的对准导数，Ai＝Ni,c(O)∪{i}表示本体机器人和其它机器人组成的索引集，card(Ai)为集合Ai中元素的数量，t表示时间，vi,m表示本体机器人速度对准时的速度，vj,m表示二机器人速度对准时的速度。有益效果：由于通过控制缓冲区域内邻近机器人之间的聚合力和排斥力，使得多机器人能维持网络的初始互连关系，且避免成员之间发生碰撞。附图说明图1是本专利技术中多机器人相互作用模型的示意图。图2是本专利技术中可能引发碰撞的最坏的情况的示意图。图3是本专利技术中机器人传感器ri的速度合成图。图4是本专利技术中多机器人系统自适应分散协同控制系统的功能原理框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请同时参阅图1-图4，本专利技术提供了一种多机器人系统自适应分散协同控制方法的一些实施例。对于自主移动机器人编队问题来说，冲突主要就是碰撞，也就是说在同一时刻多个机器人不能处于同一位置。如图1所示，本专利技术的一种多机器人系统自适应分散协同控制方法，包括以下步骤：步骤S10、建立多机器人系统的动力学模型。建立一个由n个同类机器人组成的系统，系统中的成员(机器人)用i表示，并且其相应的位置用pi表示，其中，i∈S＝{1,2,...,n}，S表示所有机器人的集合，当然，在使用时，以某一个机器人为核心，该机器人定义为本体机器人，落入本体机器人的交互区域内的机器人定义为其它机器人，没有落入本体机器人的交互区域内的机器人定义为第三机器人，本体机器人、其它机器人以及第三机器人形成的集合即所有机器人的集合。机器人i上的机器人传感器采用ri表示。系统中机器人之间的碰撞在任何时候都不允许发生。每个机器人i受到式(1)所示的单一积分器动力学控制，并被建模为平面上半径为Rr的移动点。其中pi,vi∈R2分别为机器人i的位置和控制输入，表示位置p的导数，R2表示作用区域。步骤S100、当其它机器人位于本体机器人的交互区域内时，本体机器人与其它机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多机器人系统自适应分散协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：当其它机器人位于本体机器人的交互区域内时，本体机器人与其它机器人建立交互通信，并控制本体机器人和其它机器人之间产生聚合力；当其它机器人位于本体机器人的缓冲区域内时，控制本体机器人和其它机器人之间产生排斥力，其中，缓冲区域位于交互区域内。

【技术特征摘要】
1.一种多机器人系统自适应分散协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：当其它机器人位于本体机器人的交互区域内时，本体机器人与其它机器人建立交互通信，并控制本体机器人和其它机器人之间产生聚合力；当其它机器人位于本体机器人的缓冲区域内时，控制本体机器人和其它机器人之间产生排斥力，其中，缓冲区域位于交互区域内。2.根据权利要求1所述的多机器人系统自适应分散协同控制方法，其特征在于，所述本体机器人和其它机器人之间产生聚合力步骤中，其中，表示本体机器人i的位置pi的聚合力导数，vi,c表示本体机器人i的聚合力控制输入，C表示聚合力控制常数，pig表示本体机器人i下一时间步长的目标位置，pi表示本体机器人i的位置，Ni,c表示本体机器人i的交互区域内其它机器人的集合，表示空集，|vi,max|表示本体机器人i的最大速度，Rs表示交互区域的半径。3.根据权利要求1所述的多机器人系统自适应分散协同控制方法，其特征在于，所述当其它机器人位于本体机器人的缓冲区域内时，控制其它机器人对本体机器人产生排斥力步骤还包括：控制其它机器人位于本体机器人的安全区域之外。4.根据权利要求3所述的多机器人系统自适应分散协同控制方法，其特征在于，所述控制其它机器人位于本体机器人的安全区域之外步骤中，其中，表示本体机器人i的位置pi的排斥力导数，vi,r表示本体机器人i的排斥力控制输入，vi,j,r表示其它机器人j对本体机器人i的排斥力控制输入，Ni,r表示本体机器人i的缓冲区域内其它机器人的集合，pj表示其它机器人j的位置，f(·)表示斜坡函数，M表示避免本体机器人i和其它机器人j发生碰撞的控制常数，D表示安全区域的半径，d'表示缓冲区域的宽度，|vi,max|表示本体机器人i的最大速度，∑表示求和操作。5.根据权利要求1所述的多机器人系统自适应分散协同控制方法，其特征在于，所述本体机器人与其它机器人建立交互通信步骤之后包括：控制本体机器人的速度对准，其中，表示本体机器人i的位置pi的对准导数，Ai＝Ni,c(0)∪{i}表示本体机器人和其它机器人组成的索引集，card(Ai)为集合Ai中元素的数量，t表示时间，vi,m表示本体机器人速度对准时的速度，vj,m表示其它机器人速度对准时的速度。6.一种多机器人系统自适应分散协同控制系统，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多机器人系统自适应分...

【专利技术属性】
技术研发人员：康冰，侯震，刘富，姜辉，杜成岩，辛若栋，任丽莉，闫冬梅，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22