【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多移动机器人控制，具体涉及一种基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法。
技术介绍
1、近年来，多机器人系统凭借其强大性能、对复杂环境的高度适应性、不会造成人员伤亡等优势被广泛用于战场复杂环境侦察、农业自动喷洒、工业智能物流和无人机编队表演。在许多应用中，编队控制是多机器人系统完成任务的前提条件。多机器人编队控制是指多机器人系统在向特定目标或方向运动的过程中，从任意初始位置逐渐形成并保持特定队形的一种控制技术。
2、传统的编队控制方法按照系统中每个机器人获得的信息可划分为基于绝对位置信息的编队控制方法、基于相对位置信息的编队控制方法和基于邻居间距离信息的编队控制方法。在基于绝对位置的编队控制中，机器人需要在全局坐标系中确定自己的绝对位置，通过控制机器人的绝对位置来实现编队控制目标。在基于相对位置的编队控制中，机器人需要确定其邻居的相对位置，通过控制机器人间的相对位置来实现编队控制目标。在基于距离信息的编队控制方法中，机器人需要确定自身与其邻居的距离，通过控制机器人间的距离信息来指定编队。
3、当机器人系统在室内、水下和深空等环境中作业时，由于获取位置信息的工具(例如gps)可能受到影响或无法工作，上述传统编队控制方法难以实施。因此不依赖位置测量，基于纯方位信息的编队控制律引起了越来越多的关注。基于纯方位信息的编队控制方法为动态编队控制中的缩放问题了提供很好的解决方案。该方法依赖于刚性图理论的相关知识，图的刚性这一概念很自然地约束了机器人的队形，使得编队形状在形成以后不会轻易改变。在实际
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，以解决现有技术中收敛速度不可预先指定的问题。
2、本专利技术提供了一种基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，包括如下步骤：
3、步骤1：通过图论和定位刚性对移动机器人编队问题进行描述，并根据任务需求构建移动机器人编队的通信拓扑结构；
4、步骤2：将一个机器人作为领导者，另一个机器人作为领导者的第一跟随者，其余机器人作为整个移动机器人编队的跟随者；
5、步骤3：构建移动机器人的动力学模型，为第一跟随者设计基于方位信息的指定时间收敛控制律，使得第一跟随者和领航者之间保持期望的距离和相对位置；为剩余跟随者设计指定时间收敛控制律，使相邻跟随者之间的相对位置达到期望值；
6、步骤4：通过基于方位信息的第一跟随者指定时间收敛控制律和剩余跟随者指定时间收敛控制律进行多移动机器人编队控制，控制移动机器人的运动轨迹，完成编队过程。
7、进一步地，所述步骤3中第一跟随者和领航者之间保持的相对位置具体公式为：
8、
9、
10、式中，领导者初始位置p1(0)＝(x1(0),y1(0))，第一跟随者初始位置p2(0)＝(x2(0),y2(0))，领导者由初始位置运动到位置p1(t)＝(x1(t),y1(t))，第一跟随者由初始位置运动到位置p2(t)＝(x2(t),y2(t))，δx和δy为领导者与第一跟随者位置差的变化量，
11、进一步地，所述基于方位信息的第一跟随者指定时间收敛控制律为：
12、
13、式中，p1,p2分别表示领导者和第一跟随者的初始位置，分别表示领导者和第一跟随者的期望位置坐标，v1表示领导者的初始速度，μ1是实现指定时间收敛的时变函数，a1＞0，b1＞0为设计参数。
14、进一步地，所述剩余跟随者指定时间收敛控制律为：
15、
16、式中，vi和ωi分别表示机器人的线速度和角速度，θi表示机器人的方位角,表示机器人的期望方位角，μ3是实现指定时间收敛的时变函数，a3＞0，b3＞0为设计参数。
17、进一步地，所述剩余跟随者指定时间收敛控制律中，
18、
19、式中，θi表示机器人的方位角,表示机器人的期望方位角。
20、本专利技术的有益效果：
21、本专利技术方法是一种基于领导者与第一跟随者结构的多机器人方位信息编队控制算法，本专利技术方法在不需要测量相对位置的情况下，使得第一跟随者在指定时间内追随领导者。
22、本专利技术方法整个编队的队形仅由领导者和第一跟随者决定，其余移动机器人只需跟踪领导者和第一跟随者，减少了外界的控制输入。
23、本专利技术方法提供了两个指定时间收敛控制率，分别对第一跟随者和其他跟随者进行控制，同时实现指定时间收敛，对提高多机器人方位信息编队的收敛速度有重要意义。
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1.一种基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，其特征在于，所述步骤3中第一跟随者和领航者之间保持的相对位置具体公式为：
3.如权利要求1或2所述的基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，其特征在于，所述基于方位信息的第一跟随者指定时间收敛控制律为：
4.如权利要求1所述的基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，其特征在于，所述剩余跟随者指定时间收敛控制律为：
5.如权利要求4所述的基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，其特征在于所述剩余跟随者指定时间收敛控制律中，
【技术特征摘要】
1.一种基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，其特征在于，所述步骤3中第一跟随者和领航者之间保持的相对位置具体公式为：
3.如权利要求1或2所述的基于方位信息的多移动机器人指定时间编队控制方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建祯，于成洋，杜昭平，叶树霞，王渊，郑佳峰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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