基于多智能體理論的搜救機(jī)器人系統(tǒng)運動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于多智能體理論的搜救機(jī)器人系統(tǒng)運動控制方法。運用于大規(guī)模、高效率機(jī)器人群的搜救技術(shù)不全面，特別是搜救機(jī)器人群的群體行為控制比較匱乏。本發(fā)明的具體步驟如下：一個領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人和多個跟隨者機(jī)器人組成隊形進(jìn)入?yún)^(qū)域A；具體搜索過程先由領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人探索區(qū)域A的部分區(qū)域，如果沒有被搜索過，留下一個跟隨者機(jī)器人G1探索區(qū)域A，領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人帶領(lǐng)剩余跟隨者機(jī)器人繼續(xù)探索下一區(qū)域，直達(dá)探索完整個目標(biāo)區(qū)域；跟隨者機(jī)器人G1搜索完成區(qū)域A后找到領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人，并跟隨它。本發(fā)明為大規(guī)模搜救提供了可能；工作人員只需要通過終端控制領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人，簡化了控制方式，機(jī)器人之間高度自動化工作方式加強(qiáng)了控制效果。
【專利說明】基于多智能體理論的搜救機(jī)器人系統(tǒng)運動控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能控制領(lǐng)域，設(shè)及多智能體捜救機(jī)器人系統(tǒng)，具體設(shè)及一種基于多 智能體理論的捜救機(jī)器人系統(tǒng)運動控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 多智能體系統(tǒng)（Multi-Agent System)是多個智能體組成的集合，它們共同組成一 個將大而復(fù)雜的系統(tǒng)建設(shè)成小的、便于通信協(xié)調(diào)管理的控制系統(tǒng)。多智能體系統(tǒng)的研究設(shè) 及到智能體的知識、目標(biāo)、技能、規(guī)劃和如何使智能體采取協(xié)調(diào)行動解決問題等。學(xué)者們主 要對智能體之間的交互通信、協(xié)調(diào)合作和沖突消解等進(jìn)行研究。多智能體系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)智能體 之間的緊密合作，而非單個智能體的自治和功能發(fā)揮。由于智能體體現(xiàn)了人類社會或者自 然界中的生物群體的自治性和適應(yīng)性，因此多智能體系統(tǒng)具有很強(qiáng)的群體性。隨著研究的 深入，很多學(xué)者已經(jīng)將MS的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到電子商務(wù)、交通控制、分布式智能決策、多機(jī) 器人系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、軍事和網(wǎng)絡(luò)化的辦公自動化等諸多領(lǐng)域中。
[000引在MS中，智能體如何在復(fù)雜的條件下相互協(xié)調(diào)，共同完成任務(wù)成為重要的基礎(chǔ)。 多智能體技術(shù)提供了一種適合分布式計算和不確定問題求解的新方法，該是因為多智能體 系統(tǒng)放松了對集中式規(guī)劃、順序控制的限制，提供了分散控制、應(yīng)急和并行處理的能力，它 是一個高度交叉的研究領(lǐng)域。
[0004] 在多智能體分布式協(xié)調(diào)合作控制問題中，一致性（consensus)作為多智能體之間 合作協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)，它對于多智能體系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。一致性是指 多智能體系統(tǒng)的各個智能體隨著時間的變化趨于某一個狀態(tài)。一致性協(xié)議是智能體之間相 互作用、信息交互的規(guī)則，它描述了每個智能體和其余一部分智能體之間的信息交互過程， 通常智能體和其相鄰的智能體之間有信息交互。
[0005] 狀態(tài)信息表示智能體節(jié)點進(jìn)行協(xié)調(diào)控制所需要的信息，可W是速度、位置、角度或 決策量等信息。對于多智能體系統(tǒng)中的智能體節(jié)點i，它的狀態(tài)可W表示為Zi(t) =Ui，若 智能體系統(tǒng)最終能夠達(dá)到一致性，那么它的狀態(tài)可W表示為||zi(t)-zj(t) I I -0, 且 t 一 〇°。
[0006] 編隊控制是當(dāng)前多智能體系統(tǒng)研究的熱點問題，它指多智能體組成的團(tuán)體在向特 定目標(biāo)或者方向運動的過程中，相互之間保持預(yù)定的幾何形態(tài)（即隊形），同時又要適應(yīng)環(huán) 境約束（如避開障礙物）的控制問題。一般而言，編隊控制借助智能體間的局部交互實現(xiàn) 多智能體系統(tǒng)的群體行為，從而解決全局性的任務(wù)。
[0007] 多智能體理論研究的成果已經(jīng)有很多了，特別是一致性的理論研究，而運用于實 際的多智能體系統(tǒng)卻不多，實際運用多智能體理論將大大提高捜救機(jī)器人的自動性、協(xié)同 性和可控性。
[000引在災(zāi)難救援中使用捜救機(jī)器人有如下優(yōu)點：①可W連續(xù)執(zhí)行艱難的捜索救援任 務(wù)，如深入危險地帶拍攝資料供研究人員分析查找，而不會像人一樣感到疲倦；②可W進(jìn)入 那些人和捜救犬無法進(jìn)入的危險地帶，且引起建筑物二次巧塌的可能性較??；⑨不怕火焰、 濃煙等危險和有害因素的干擾。
[0009] 目前機(jī)器人捜救工作大多集中于單個機(jī)器人的研究，而單個機(jī)器人適用于小規(guī)模 的捜救。當(dāng)發(fā)生地震、森林火災(zāi)等大規(guī)模自然災(zāi)害需要捜救時，單個機(jī)器人的作用將減小。 運用于大規(guī)模、高效率機(jī)器人群的捜救技術(shù)還不是很全面，特別是捜救機(jī)器人群的群體行 為控制還比較匿乏。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多智能體理論的捜救機(jī)器人 系統(tǒng)運動控制方法，先由一個領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人和多個跟隨者機(jī)器人組成隊形，然后進(jìn)入?yún)^(qū)域 A ;具體捜索過程先由領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人探索區(qū)域A的部分區(qū)域，如果沒有被捜索過，留下一個 跟隨者機(jī)器人G1探索區(qū)域A，領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人帶領(lǐng)剩余跟隨者機(jī)器人繼續(xù)探索下一區(qū)域，直 達(dá)探索完整個目標(biāo)區(qū)域；跟隨者機(jī)器人G1捜索完成區(qū)域A后找到領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人，并跟隨它。
[0011] 本發(fā)明的具體步驟如下：
[0012] 步驟一、把捜救機(jī)器人群帶到待捜索區(qū)域外，啟動每個捜救機(jī)器人的直流電源，準(zhǔn) 備進(jìn)入待捜索區(qū)域進(jìn)行捜救。
[0013] 步驟二、啟動手持設(shè)備，領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人與手持設(shè)備之間通過Zigbee模塊建立通 信，同時捜救機(jī)器人群的無線網(wǎng)絡(luò)自動建立，捜救機(jī)器人群之間的信息交流通過給定的多 智能體輸出協(xié)議進(jìn)行。所述的手持設(shè)備是領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人的控制界面；所述的多智能體輸出 協(xié)議是：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 基于多智能體理論的搜救機(jī)器人系統(tǒng)運動控制方法，其特征在于：該方法的具體步 驟如下： 步驟一、把搜救機(jī)器人群帶到待搜索區(qū)域外，啟動每個搜救機(jī)器人的直流電源，準(zhǔn)備進(jìn) 入待搜索區(qū)域進(jìn)行搜救； 步驟二、啟動手持設(shè)備，領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人與手持設(shè)備之間通過Zigbee模塊建立通信，同 時搜救機(jī)器人群的無線網(wǎng)絡(luò)自動建立，搜救機(jī)器人群之間的信息交流通過給定的多智能 體輸出協(xié)議進(jìn)行；所述的手持設(shè)備是領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人的控制界面；所述的多智能體輸出協(xié)議 是：
t彡O;i，j= 1，2, ? ? ?N 其中，P和Q是權(quán)值，取值范圍為O?1叫」為拉普拉斯矩陣中對應(yīng)的值；xJt)為第i個智能體在t時刻測得的狀態(tài)量；0是積分時間；Ui (t)表示不加積分的控制輸出： Ui(t) = - 2atj {(Xi(t)-Xj(t)) + 2aJk(Xi(t) -xk (t))},tO；i,j=I, 2, . . .N 通過多智能體輸出協(xié)議，搜救機(jī)器人群將保持預(yù)定隊形，然后通過手持設(shè)備控制領(lǐng)導(dǎo) 者機(jī)器人進(jìn)入搜索區(qū)域，跟隨者機(jī)器人根據(jù)多智能體輸出協(xié)議自動按隊形進(jìn)入搜索區(qū)域； 跟隨者機(jī)器人通過RSSI定位和電子羅盤定位獲得附近機(jī)器人的位置； 步驟三、領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人通過GPS獲得自己的位置，判斷該位置所屬區(qū)域是否有搜索過， 如果搜索過，直接帶領(lǐng)跟隨者機(jī)器人離開，如果還沒搜索過，把最后一個跟隨者機(jī)器人在多 智能體輸出協(xié)議中掛起，該跟隨者機(jī)器人將搜索該位置所屬區(qū)域；領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人之后判斷 有跟隨者機(jī)器人將脫離Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)時，留下一個跟隨者機(jī)器人作為路由，接下來繼續(xù) 探索下一塊區(qū)域； 步驟四、掛起的跟隨者機(jī)器人用紅外生命探測模塊進(jìn)行探測，并搜索領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人給 定的區(qū)域，如果找到被困人員，立刻通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)將GPS信號發(fā)給手持設(shè)備；掛起的 跟隨者機(jī)器人完成搜索后駛向領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)器人，繼續(xù)加入多智能體輸出協(xié)議并繼續(xù)跟隨； 步驟五、手持設(shè)備接收跟隨者機(jī)器人發(fā)送的GPS信號，根據(jù)GPS信號救援被困人員。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多智能體理論的搜救機(jī)器人系統(tǒng)運動控制方法，其特征 在于：所述的RSSI定位可以測得距離，公式為：
其中，P(d)表示接收端與發(fā)射機(jī)的距離為d時接收端接收到的信號強(qiáng)度，即RSSI值；Cltl為測量信號強(qiáng)度時的參考距離，取值為Im;n是路徑損耗；X是一個以dBm為單位、平均值 為〇的高斯隨機(jī)變量。
【文檔編號】G05D1/02GK104503454SQ201410814139
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】高金鳳, 卜斌, 馮立暉, 徐勇 申請人:浙江理工大學(xué)