一种混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法技术方案

本发明专利技术属于协同控制系统技术领域，公开了一种混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，所述混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法包括：机器人沿预定路径的运动被描述为一个变迁系统，监督策略预测当前变迁的触发是否会导致碰撞或死锁；基于模型预测控制的连续控制组件采用序列凸规划；该组件可以计算出一个最优速度，使机器人在不停的情况下尽可能平稳地移动到下一个状态；每个机器人只与邻近的机器人通信，独立地执行自己的算法。本发明专利技术结合离散监督控制理论和连续最优控制实现对机器人的控制；克服了单一使用离散的或者连续方法存在的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法
本专利技术属于协同控制系统
，尤其涉及一种混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：多机器人系统是一种多个机器人在给定的环境中一起工作来完成某些给定的任务。相对于单个机器人，其表现出较多的优点，例如增加空间覆盖率和时间的吞吐量以及降低解决任务的复杂性，提升解决效率和能力。多机器人系统已经被应用于许多领域，如：(1)工业领域：在自动化生产线中，多机器人系统可以担负起人类的作用，如组织物料运输，生产加工和其他一些复杂的任务，在一些危险环境或恶劣环境中可以代替人类自主完成一些复杂作业(2)军事领域：使用多机器人进行侦查、巡逻、排雷等(3)医学领域：大量的微机器人进入肠道、胃或者血管等人体狭窄部位进行检查、发现和修补病变等。在多机器人系统中，运动规划和控制是基础和关键的问题。它的基本目标是防止机器人在运动过程中发生碰撞。目前解决此问题主要是离散和连续的方法。离散的方法通常将环境抽象为一组离散状态，或者将机器人的运动抽象为一组离散动作，这种方法有时可以简化运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，其特征在于，所述混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法包括以下步骤：/n第一步，机器人沿预定路径的运动被描述为一个变迁系统，监督策略预测当前变迁的触发是否会导致碰撞或死锁；/n第二步，基于模型预测控制的连续控制组件采用序列凸规划；该组件可以计算出一个最优速度，使机器人在不停的情况下尽可能平稳地移动到下一个状态；/n第三步，每个机器人只与邻近的机器人通信，独立地执行自己的算法。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，其特征在于，所述混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法包括以下步骤：
第一步，机器人沿预定路径的运动被描述为一个变迁系统，监督策略预测当前变迁的触发是否会导致碰撞或死锁；
第二步，基于模型预测控制的连续控制组件采用序列凸规划；该组件可以计算出一个最优速度，使机器人在不停的情况下尽可能平稳地移动到下一个状态；
第三步，每个机器人只与邻近的机器人通信，独立地执行自己的算法。


2.如权利要求1所述的混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，其特征在于，所述第一步中每个机器人的运动路径是闭合的。


3.如权利要求1所述的混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，其特征在于，所述第一步中在多机器人系统中，机器人的路径会与同一系统中其他机器人的路径有碰撞集，通过合并重叠的碰撞集，每个机器人的路径划分为碰撞段和无碰撞段；每个碰撞段抽象为一个离散状态，称为碰撞状态；无碰撞段被抽象为一组无碰撞状态，机器人在每个状态下都能检测到该状态所在的段；用表示碰撞状态的集合，用表示无碰撞状态的集合，则
用si表示机器人ri现在的状态，Prei(si)和Posi(si)分别表示si的前一状态和后一状态，(Prei(si),si)和(si,Posi(si))分别表示si的前一状态到si状态的变迁，si状态到其下一状态的变迁；在离散控制阶段的任务就是确定ri的当前变迁是否可以触发，判断当前的变迁是否会造成碰撞或者死锁并且制定相应的执行方案避免碰撞和死锁。


4.如权利要求3所述的混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，其特征在于，在轨迹中发生碰撞就意味着在同一个状态当中同时存在多个机器人，每个机器人存储一组表示其碰撞状态的本地信号，用Signi表示机器人ri的路径当中碰撞状态的信号；如果s被另外的机器人占用，则Signi(s)＝1，否则Signi(s)＝0；机器人ri通过获取下一状态的信号来判定当前的触发是否会造成碰撞，做出相应的决策行为。


5.如权利要求3所述的混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，其特征在于，机器人ri死锁在状态s存在机器人r1,...,rk，使得Posi(si)＝scur,1,Posj(scur,j)＝scur,j+1,...,Posk(scur,k)＝s，其中scur,j表示机器人rj现在的状态；避免死锁，一个机器人需要与邻近的机器人通信获取现在的状态；首先，ri检查状态如果csi被一个机器人rj1占用；然后rj1检查状态同样的，如果csj1被另一个机器人rj2占用；然后rj2检查状态Posj1(csj1)；一直持续到存在某一个机器人，其下一个状态被机器人ri占用或者没有被任何机器人占用；
机器人与其他机器人协商确定哪个机器人优先触发；用(s(i),p(i),v(i),Lr(i))表示机器人ri的姿态，其中s(i)表示现在所处的状态，p(i)表示在此状态中的位置，v(i)是现在的速度，Lr(i)是p(i)到s(i)末尾的长度。


6.如权利要求1所述的混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，其特征在于，所述混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法的机器人协商算法如下：
步骤1)初始化vsi＝Signi,
步骤2)计算到达下一个状态的时间：t(i)＝Lr(i)/v(i),
步骤3)判断是否成立，如果成立则执行以下步骤；
步骤4)k＝mint(i),sn＝Posk(s(k)),i∈EX；
步骤5)判断是否存在机器人rj∈EX，使得vsj＝1||Dect(rk,sn)＝j，如果存在执行下一步，否者转到步骤8)；
步骤6)UM＝UM∪k；tw(k)＝(Lr(j)+Li(sn))/v(j)；
步骤7)EX＝EX\k，转到步骤3)；
步骤8)MV＝MV∪k；EX＝EX\k；
步骤9)tw(k)＝0；vsk(sn)＝1，转到步骤3)。


7.如权利要求1所述的混合的分布式的多机器人系统的运动控制方法，其特征在于，所述混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周远，力上民，胡核算，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61