一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法，針對單個(gè)機(jī)器人不能完成的作業(yè)任務(wù)，建立多機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行編隊(duì)、避障等基本行為的實(shí)驗(yàn)。第一步：采用里程計(jì)的定位方式搭建基于WIFI的UDP模式進(jìn)行協(xié)調(diào)通信,實(shí)時(shí)掌握車位置與姿態(tài)；第二步：獲取的位置和姿態(tài)建立差動(dòng)獨(dú)輪小車運(yùn)動(dòng)模型；第三步：分別將車與目標(biāo)點(diǎn)看作相互吸引的正負(fù)電荷，應(yīng)用之間產(chǎn)生的電場力作用于智能車，完成固定隊(duì)形編隊(duì)；第四步：編隊(duì)過程中，通過第一步中相互通信過來的位置信息,判斷是否將要發(fā)生碰撞,對于有碰撞可能的車,引入使它們相斥的勢場來產(chǎn)生相互之間的斥力,避免車與車之間的碰撞；第五步:根據(jù)獲取的全局信息和對小車目前位置的計(jì)算,使用相斥的勢場力,來避免車與障礙物之間的碰撞。
【專利說明】一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于協(xié)同控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]多無人移動(dòng)平臺(tái)是由多個(gè)移動(dòng)平臺(tái)組成的集合，平臺(tái)之間以及平臺(tái)與環(huán)境之間通過通訊、協(xié)商與協(xié)作來共同完成單個(gè)平臺(tái)所不能解決的問題.多個(gè)平臺(tái)的使用比單個(gè)平臺(tái)有更多的優(yōu)點(diǎn)。多個(gè)平臺(tái)相互合作能夠完成超出它們各自能力范圍的任務(wù)，使得多無人移動(dòng)平臺(tái)的整體能力大于個(gè)體能力之和。總體上說，多無人移動(dòng)平臺(tái)具有更廣泛的任務(wù)領(lǐng)域、更高的效率、改良的系統(tǒng)性能、錯(cuò)誤容忍、魯棒性、分布式的感知與作用、內(nèi)在的并行性、對社會(huì)和生命科學(xué)的觀察等顯著特性。
[0003]多無人移動(dòng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制是當(dāng)前多無人移動(dòng)平臺(tái)的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對其能力的要求越來越高，多個(gè)機(jī)器人協(xié)作可以完成單個(gè)機(jī)器人無法完成的復(fù)雜任務(wù)。編隊(duì)控制是一個(gè)具有典型和通用性的多機(jī)器人協(xié)調(diào)問題，同時(shí)也是多機(jī)器人協(xié)調(diào)問題的基礎(chǔ)，對多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)的研究有巨大的推動(dòng)和促進(jìn)作用。如果編隊(duì)過程中存在障礙，則可能會(huì)導(dǎo)致智能多機(jī)器人碰撞，損失會(huì)很嚴(yán)重，也不能很好的完成期望的動(dòng)作或達(dá)到預(yù)定的編隊(duì)效果，所以相關(guān)的避障策略也是在編隊(duì)過程中需要考慮的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對單個(gè)機(jī)器人不能完成的作業(yè)任務(wù)，使用多機(jī)器人系統(tǒng)代替單個(gè)機(jī)器人執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的需求，建立多機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行編隊(duì)、避障等基本行為的實(shí)驗(yàn)，以滿足復(fù)雜環(huán)境下的任務(wù)需求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法，包括以下步驟:
[0007]第一步:采用里程計(jì)的定位方式搭建基于WIFI的UDP模式進(jìn)行協(xié)調(diào)通信，實(shí)時(shí)掌握車位置與姿態(tài)；
[0008]第二步:根據(jù)第一步中獲取的位置和姿態(tài)建立差動(dòng)獨(dú)輪小車運(yùn)動(dòng)模型；
[0009]第三步:根據(jù)第二步中小車的運(yùn)動(dòng)模型，使用人工勢能場方法進(jìn)行編隊(duì)，分別將車與目標(biāo)點(diǎn)看作相互吸引的正負(fù)電荷，應(yīng)用之間產(chǎn)生的電場力作用于智能車，完成固定隊(duì)形編隊(duì)；
[0010]第四步:編隊(duì)過程中，通過第一步中相互通信過來的位置信息，判斷是否將要發(fā)生碰撞，對于有碰撞可能的車，引入使它們相斥的勢場來產(chǎn)生相互之間的斥力，避免車與車之間的碰撞；
[0011]第五步:根據(jù)獲取的全局信息和對小車目前位置的計(jì)算，使用相斥的勢場力，來避免車與障礙物之間的碰撞。
[0012]本發(fā)明的有益效果:[0013]本發(fā)明實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差范圍控制在0.2mm以內(nèi)，成功完成了機(jī)器人之間的互相避碰，并達(dá)到指定位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1機(jī)器人轉(zhuǎn)向分析坐標(biāo)圖；
[0015]圖2坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)圖；
[0016]圖3實(shí)施例中基于MPLAB的環(huán)境對機(jī)器人編程流程圖；
[0017]圖4UDP廣播模式建立通信網(wǎng)絡(luò)原理圖；
[0018]圖5 —號車的初始狀態(tài)示意圖；
[0019]圖6 —號車躲避二號車的狀態(tài)示意圖；
[0020]圖7 —號車躲避零號車的狀態(tài)示意圖；
[0021]圖8 一號車躲過所有障礙以后繼續(xù)行駛示意圖；
[0022]圖9所有車到達(dá)指定的目標(biāo)位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過附圖和實(shí)例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]1.里程計(jì)定位系統(tǒng)的描述
[0025]本實(shí)施例用odometry定位方式。這種定位方式是基于光電編碼器的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，隨著時(shí)間的推移整合位置的變化的定位方式。假設(shè)機(jī)器人按照圖1運(yùn)動(dòng)，其中rk為運(yùn)動(dòng)弧線半徑，Δ 0,為轉(zhuǎn)角，b為機(jī)器人軸間距，AUu和ΔΙ,為機(jī)器人左右輪運(yùn)動(dòng)軌跡，c為機(jī)器人中心，Λ P k為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)直線距離:
[0026]rkA Θ k = AUljk
[0027](rk+b) Δ θ k = AUrjk
[0028]可以得到:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:采用里程計(jì)的定位方式搭建基于WIFI的UDP模式進(jìn)行協(xié)調(diào)通信，實(shí)時(shí)掌握車位置與姿態(tài)； 第二步:根據(jù)第一步中獲取的位置和姿態(tài)建立差動(dòng)獨(dú)輪小車運(yùn)動(dòng)模型； 第三步:根據(jù)第二步中小車的運(yùn)動(dòng)模型，使用人工勢能場方法進(jìn)行編隊(duì)，分別將車與目標(biāo)點(diǎn)看作相互吸引的正負(fù)電荷，應(yīng)用之間產(chǎn)生的電場力作用于智能車，完成固定隊(duì)形編隊(duì)； 第四步:編隊(duì)過程中，通過第一步中相互通信過來的位置信息，判斷是否將要發(fā)生碰撞，對于有碰撞可能的車，引入使它們相斥的勢場來產(chǎn)生相互之間的斥力，避免車與車之間的碰撞； 第五步:根據(jù)獲取的全局信息和對小車目前位置的計(jì)算，使用相斥的勢場力，來避免車與障礙物之間的碰撞。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法，其特征在于，其中所述的定位方式是基于光電編碼器的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)隨著時(shí)間的推移整合位置的變化的定位方式；其中rk為運(yùn)動(dòng)弧線半徑，Λ 9,為轉(zhuǎn)角，b為機(jī)器人軸間距，AUlik和AUu為機(jī)器人左右輪運(yùn)動(dòng)軌跡，c為機(jī)器人中心，Λ P k為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)直線距離:
rkA Θ k = AUljk
(rk+b) Δ θ k = AUrjk
得到:
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法，其特征在于，所述的Wifi是基于Uart接口的符合wifi無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種多無人移動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制方法，其特征在于，所述的第三步中將機(jī)器人當(dāng)作電場中的負(fù)電荷，將障礙物當(dāng)作靜電場中具有幾何外形的均勻?qū)w，將目標(biāo)位置當(dāng)作正電荷，目標(biāo)位置對機(jī)器人產(chǎn)生吸引力，然后將整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)電勢能場來處理，其中的人工勢能場函數(shù)包括機(jī)器人之間的勢能場函數(shù)、機(jī)器人和障礙物之間的勢能場函數(shù)、以及機(jī)器人和目標(biāo)位置之間的勢能場函數(shù)。
【文檔編號】G05D1/02GK103984343SQ201410206019
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】夏元清, 蒲釩, 陳靜, 付夢印, 李春明, 李賀, 鄧志紅, 任雪梅 申請人:北京理工大學(xué)