移動機(jī)器人系統(tǒng)及其在混合交互環(huán)境下的協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種移動機(jī)器人系統(tǒng)及其在混合交互環(huán)境下的協(xié)調(diào)控制方法。方法包括：獲取每個個體移動機(jī)器人的位置，每個個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置以及每個個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人位置時的通信時滯；根據(jù)移動機(jī)器人系統(tǒng)的混合交互環(huán)境確定移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣；根據(jù)每個個體移動機(jī)器人的位置、個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置、每個個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人位置時的通信時滯以及移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣確定每個個體移動機(jī)器人的控制量；以及根據(jù)每個個體移動機(jī)器人的控制量控制每個個體移動機(jī)器人。本發(fā)明能夠保證存在通信時滯的移動機(jī)器人在混合交互環(huán)境下達(dá)到雙向一致性，且控制速度快，控制精確。
【專利說明】移動機(jī)器人系統(tǒng)及其在混合交互環(huán)境下的協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種移動機(jī)器人系統(tǒng)及移動機(jī)器人系統(tǒng)在混合交互環(huán)境下的協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，多個移動機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制方法在實際問題中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。這主要是由于越來越多的實際任務(wù)都比較復(fù)雜，往往單個移動機(jī)器人難以完成，而通過多個移動機(jī)器人之間的合作或競爭可以來完成。此外，通過多個移動機(jī)器人間的合作，可提高移動機(jī)器人系統(tǒng)在作業(yè)過程中的效率，進(jìn)而當(dāng)工作環(huán)境發(fā)生變化或移動機(jī)器人系統(tǒng)局部發(fā)生故障時，移動機(jī)器人系統(tǒng)仍可通過本身具有的合作或競爭關(guān)系來完成預(yù)定的任務(wù)。在現(xiàn)實任務(wù)中，對移動機(jī)器人系統(tǒng)環(huán)境的影響因素比較多，其所處環(huán)境多為混合交互的，并且在任務(wù)執(zhí)行中，個體移動機(jī)器人之間可以是互相合作的，也可以是互相競爭的。然而，現(xiàn)有的技術(shù)是在混合交互不存在通信時滯的環(huán)境下實現(xiàn)的多個移動機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制任務(wù)，但是由于移動機(jī)器人間通信時的數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)不可能實時地實現(xiàn)，現(xiàn)實中的混合交互環(huán)境不可避免地會遭受通信時滯的影響。因此，需要一種既能夠兼顧通信時滯影響，又能夠在混合交互的環(huán)境下協(xié)調(diào)控制多個移動機(jī)器人的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。
[0004]為此，本發(fā)明提出一種能夠在混合交互且存在通信時滯的情況下實現(xiàn)移動機(jī)器人系統(tǒng)的位置雙向一致性的方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出一種移動機(jī)器人系統(tǒng)在混合交互環(huán)境下的協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟:獲取每個個體移動機(jī)器人的位置，每個個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置以及每個個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人的位置時俄通信時滯；根據(jù)所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的混合交互環(huán)境確定所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣；根據(jù)每個個體移動機(jī)器人的位置、所述個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置、每個個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人位置時的通信時滯以及所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣確定每個個體移動機(jī)器人的控制量；以及根據(jù)每個個體移動機(jī)器人的控制量控制每個個體移動機(jī)器人。
[0006]在本發(fā)明的一個實施例中，所述根據(jù)所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的混合交互環(huán)境確定所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣包括:如果第j個個體移動機(jī)器人和第i個個體移動機(jī)器人沿同一方向運行并且第i個個體移動機(jī)器人能夠獲得第j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素au為I ;如果第j個個體移動機(jī)器人和第i個個體移動機(jī)器人沿相反的方向運行并且第i個個體移動機(jī)器人能夠獲得第j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素au為-1 ;如果第i個個體移動機(jī)器人不能夠獲得第j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素au為O。
[0007]在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)每個所述個體移動機(jī)器人的位置、所述個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置、每個個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人位置時的通信時滯以及所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣，通過以下的公式確定個體移動機(jī)器人的控制量:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種移動機(jī)器人系統(tǒng)在混合交互環(huán)境下的協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述移動機(jī)器人系統(tǒng)包括多個個體移動機(jī)器人，所述方法包括以下步驟: 獲取每個個體移動機(jī)器人的位置，每個所述個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置以及每個個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人位置時的通信時滯； 根據(jù)所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的混合交互環(huán)境確定所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣； 根據(jù)每個個體移動機(jī)器人的位置、所述個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置、每個個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人位置時的通信時滯以及所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣確定每個個體移動機(jī)器人的控制量；以及 根據(jù)每個個體移動機(jī)器人的控制量控制每個個體移動機(jī)器人。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的混合交互環(huán)境確定所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣包括: 如果第j個個體移動機(jī)器人和第i個個體移動機(jī)器人沿同一方向運行并且第i個個體移動機(jī)器人能夠獲得第j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素au為I; 如果第j個個體移動機(jī)器人和第i個個體移動機(jī)器人沿相反的方向運行并且第i個個體移動機(jī)器人能夠獲得第 j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素au為-1 ; 如果第i個個體移動機(jī)器人不能夠獲得第j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素％為0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)每個所述個體移動機(jī)器人的位置、所述個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置、每個個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人位置時的通信時滯以及所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣，通過以下的公式確定個體移動機(jī)器人的控制量:
Ui (O = Σ aH \_xi ^ - τ? ) - aaxi Q - r?y)]， 其中，Xi (t)為個體移動機(jī)器人i的位置，\(t)為個體移動機(jī)器人i的鄰居機(jī)器人j的位置，Ui (t)為個體移動機(jī)器人i的控制量，Bij表示所述多移動機(jī)器人的加權(quán)鄰接矩陣第i行且第j列的元素，Ni為所述移動機(jī)器人i的鄰居機(jī)器人集合，以及τ u表示第i個機(jī)器人獲得第j個機(jī)器人位置信息時的通信時滯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述控制量通過以下的公式確定所述個體移動機(jī)器人的位置:
i.,(,) = 〃,(,)， 其中，尤⑴為所述個體移動機(jī)器人i的速度，Ui (t)為所述個體移動機(jī)器人i的控制量。
5.—種個體移動機(jī)器人,其特征在于,包括: 第一獲取模塊，用于獲取所述個體移動機(jī)器人的位置以及所述個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置； 第二獲取模塊，用于獲取所述個體移動機(jī)器人在獲取鄰居機(jī)器人的位置時的通信時滯; 第三獲取模塊，用于獲取所述個體移動機(jī)器人所在的移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣； 控制模塊，用于根據(jù)所述個體移動機(jī)器人的位置、所述個體移動機(jī)器人的鄰居機(jī)器人的位置、所述個體移動機(jī)器人獲取鄰居機(jī)器人位置時的通信時滯以及所述移動機(jī)器人系統(tǒng)的加權(quán)鄰接矩陣確定所述個體移動機(jī)器人的控制量，并根據(jù)所述控制量控制所述個體移動機(jī)器人。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 如果第j個個體移動機(jī)器人和第i個個體移動機(jī)器人沿同一方向運行并且第i個個體移動機(jī)器人能夠獲得第j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素au為I ; 如果第j個個體移動機(jī)器人和第i個個體移動機(jī)器人沿相反的方向運行并且第i個個體移動機(jī)器人能夠獲得第j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素au為-1 ; 如果第i個個體移動機(jī)器人不能夠獲得第j個個體移動機(jī)器人的位置信息，那么加權(quán)鄰接矩陣的元素％為0。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊通過以下的公式確定所述個體移動機(jī)器人的控制量:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的移動機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊根據(jù)所述控制量通過以下的公式確定所述個體移動機(jī)器人的位置: 其中，'-,(O為所述個體移動機(jī)器人i的速度，Ui (t)為所述個體移動機(jī)器人i的控制量。
【文檔編號】G05B13/04GK103970020SQ201410214396
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】孟德元, 賈英民, 杜明駿 申請人:北京航空航天大學(xué)