【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人智能控制，具体来说涉及一种多机器人分布式协同作业方法及系统。
技术介绍
1、随着智能控制技术的快速发展，越来越多的机器人投入使用，它们可以代替人类在一些特殊环境如狭窄管道、工业生产容器中执行探测、搜索等作业任务，并显著提升作业效率。与机器人单体作业相比，多机器人分布式协同作业具有更强的稳定性和实用性，因此对多机器人分布式协同作业方法的研究也备受关注。
2、但是目前相关研究重点集中在分布式协同控制
，大多忽视了对机器人系统作业环境的建模，没有实现其与分布式协同作业算法开发、协同作业仿真验证的有机统一，存在未对机器人作业环境进行描述或描述不够准确、多机器人协同作业算法的验证独立于实际运行环境而难以直接应用于现实场景等问题。而常态化作业环境具有场景相对固定的特点，通过对给定的机器人作业环境进行较为精确化的数学描述并基于此开展多机器人系统作业算法和功能验证方法的研究具有重要现实应用意义。
技术实现思路
1、本专利技术针对常态化作业环境进行精确的数学描述，形成在该作业环境下多机器人分布式协同作业机制，并通过仿真手段对此作业机制进行验证。根据验证结论不断修正和迭代改进作业机制，最终为实际进行多机器人协同作业提供最优化方案。从而，解决了现有技术存在未对机器人作业环境进行描述或描述不够准确，多机器人协同作业算法的验证独立于实际运行环境而难以直接应用于现实场景的问题。本专利技术的具体内容如下：
2、一种多机器人分布式协同作业方法，应用于常态化作业场景
3、s1，对所述作业场景进行三维建模，得到三维物理模型；
4、s2，将所述三维物理模型转换为地图模型；
5、s3，利用机器人仿真模拟器，以所述地图模型为基础，搭建仿真验证环境；所述仿真验证环境包括，仿真作业场景和仿真机器人；
6、s4，对各所述仿真机器人在所述仿真作业场景中进行路径规划，得到无碰撞全局作业规划路径；
7、s5，根据所述无碰撞全局作业规划路径，控制各所述仿真机器人进行针对所述仿真验证环境中障碍物的静态避障以及所述仿真机器人相互间的动态避碰验证，得到各所述仿真机器人在无碰撞控制指令下的仿真作业轨迹；
8、s6，将所述仿真作业轨迹与所述无碰撞全局作业规划路径进行差异对比，重复所述s4和s5进行路径规划和运动控制参数的优化和调整，得到可以应用于真实常态化作业场景的多机器人分布式协同作业方法。
9、进一步的，所述将所述三维物理模型转换为地图模型包括：
10、s21，将所述三维物理模型的坐标系进行平移或旋转变换，得到转换后的三维物理模型；
11、s22，以采样的方式基于所述转换后的三维物理模型生成点云格式模型；
12、s23，以所述点云格式模型中每个点为中心并设置边长值，生成立方体，形成初始地图模型；
13、s24，设置膨胀半径；在所述初始地图模型中各占据障碍点的前、后、左、右方向的距离等于所述膨胀半径的位置处插入新的占据障碍点，实现所述初始地图模型的膨胀，得到所述地图模型。
14、进一步的，所述对各所述仿真机器人在所述仿真验证环境中进行路径规划，得到无碰撞全局作业规划路径，包括：
15、s41，初始化各所述仿真机器人；为各所述仿真机器人输入所述地图模型和每个所述仿真机器人的编号i,i＝0,1,…,i-1，i为所述仿真机器人的数量；根据所述仿真作业场景和作业方式从每个所述仿真机器人的作业航迹关键点集合keypointsi中选取所述作业航迹关键点ni＝0,1,…,ni-1，ni为第i个所述仿真机器人的所述作业航迹关键点的数量，表示第i个所述仿真机器人的第ni个所述作业航迹关键点；
16、s42，依次选取所述作业航迹关键点和得到相邻两点间无碰撞作业规划路径
17、s43，将所述相邻两点间无碰撞作业规划路径首尾相连得到遍历所有所述作业航迹关键点的完整规划路径connectedpathi；
18、s44，对所述完整规划路径connectedpathi进行轨迹光滑优化，得到每个所述仿真机器人的作业规划路径globalpathi，所述globalpathi为：
19、
20、其中为所述作业规划路径中第m个规划路径点的位置信息，为：
21、
22、0≤m≤m-1，m为所述作业规划路径中规划路径点的总个数，分别为第i个所述仿真机器人的第m个所述规划路径点x,y,z方向的坐标值；
23、s45，将轨迹光滑优化后，在光滑后的曲线上从起点开始，根据设定的采样步长均匀采点，并按照采集顺序，依次将各路径点存储在所述作业规划路径globalpathi中，得到所述无碰撞全局作业规划路径globalpathi。
24、进一步的，所述依次选取所述作业航迹关键点和得到相邻两点间的无碰撞作业规划路径包括：
25、s421，以所述作业航迹关键点作为根节点，利用先验随机树生成算法，迭代生成扩展分支节点为迭代第k次的扩展分支节点，k＝0,1,…,k-1，k为所述扩展分支节点的总数；
26、s422，利用开源碰撞检测库，检测所述扩展分支节点是否与所述地图模型中的静态障碍物有碰撞；如果有碰撞，则舍弃当前所述扩展分支节点如果没有碰撞则保留当前所述扩展分支节点
27、s423，重复所述s421和s422，直到所述扩展树到达所述作业航迹关键点的阈值范围或者达到设置的最大迭代次数；
28、s424，从最后一个所述扩展分支节点开始，根据所述扩展分支节点的连接情况，依次回溯至所述根节点将每个经过的所述扩展分支节点依次连接得到所述无碰撞作业规划路径
29、进一步的，所述根据所述无碰撞全局作业规划路径，控制各所述仿真机器人进行针对所述仿真验证环境中障碍物的静态避障以及所述仿真机器人相互间的动态避碰验证，得到各所述仿真机器人在无碰撞控制指令下的仿真作业轨迹，包括：
30、s51，为各所述仿真机器人i输入控制指令更新的时间间隔δt,δt>0，以及所述无碰撞全局作业规划路径globalpathi；
31、s52，设置初始化时间t＝t0；获取全部所述仿真机器人i初始状态的位置信息和速度信息，并存储于状态向量robotstatevectort，
32、
33、
34、为所述仿真机器人i在t时刻的状态信息，xt,yt,zt分别表示t时刻所述仿真机器人i在所述地图模型的全局坐标系中的x,y,z方向的位置坐标值，twist_xt,twist_yt,twist_zt分别表示t时刻所述仿真机器人i沿所述全局坐标系x,y,z方向的速度值；
35、s53，利用所述状态信息和所述无碰撞全局作业规划路径globalpathi得到当前t时刻局部目标点所对应的路径点索引号indext，0≤indext≤m-1，为当前时刻的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，应用于常态化作业场景，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述将所述三维物理模型转换为地图模型包括：
3.根据权利要求1所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述对各所述仿真机器人在所述仿真验证环境中进行路径规划，得到无碰撞全局作业规划路径，包括：
4.根据权利要求3所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述依次选取所述作业航迹关键点和得到相邻两点间的无碰撞作业规划路径包括：
5.根据权利要求3所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述根据所述无碰撞全局作业规划路径，控制各所述仿真机器人进行针对所述仿真验证环境中障碍物的静态避障以及所述仿真机器人相互间的动态避碰验证，得到各所述仿真机器人在无碰撞控制指令下的仿真作业轨迹，包括：
6.根据权利要求5所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述障碍物包括，设定一台所述仿真机器人出现故障停留在原地形成意外出现的所述障碍物。
7.根据权利要求1所述
8.根据权利要求1所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述方法还包括利用YAML文件对所述仿真机器人数量、路径规划参数和控制指令参数进行修改。
9.根据权利要求1所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述三维物理模型的格式为stl或obj格式。
10.一种多机器人分布式协同作业系统，其特征在于，利用权利要求1-8中的任一项所述的多机器人分布式协同作业方法，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，应用于常态化作业场景，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述将所述三维物理模型转换为地图模型包括：
3.根据权利要求1所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述对各所述仿真机器人在所述仿真验证环境中进行路径规划，得到无碰撞全局作业规划路径，包括：
4.根据权利要求3所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述依次选取所述作业航迹关键点和得到相邻两点间的无碰撞作业规划路径包括：
5.根据权利要求3所述的多机器人分布式协同作业方法，其特征在于，所述根据所述无碰撞全局作业规划路径，控制各所述仿真机器人进行针对所述仿真验证环境中障碍物的静态避障以及所述仿真机器人相互间的动态避碰验证，得到各所述仿真机器人在无碰撞控制指令下的仿真作业轨迹，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：于宁，周晨磊，何姗，史殿习，谭杰夫，张涛，周金杰，
申请(专利权)人：天津滨海人工智能创新中心，
类型：发明
国别省市：
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