本發(fā)明屬于多移動機(jī)器人規(guī)劃控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于自組織行為的集群機(jī)器人圖形組建方法。

背景技術(shù)：

群集機(jī)器人自組織圖形生成行為是多移動機(jī)器人規(guī)劃控制的一個重要分支。移動機(jī)器人模擬生物群集行為，自組織完成圖形生成的大規(guī)模編隊活動?，F(xiàn)階段，群集機(jī)器人圖形生成問題，已成為微小型機(jī)器人領(lǐng)域或無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的重要方向。

目前，國內(nèi)研究群集機(jī)器人圖形生成問題，大都需要較強(qiáng)計算能力的機(jī)器人本體處理器和復(fù)雜傳感器系統(tǒng)，一個機(jī)器人配備多個傳感器協(xié)同進(jìn)行工作。然而，對于傳感能力單一，且計算能力較弱的大規(guī)模微粒機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)圖形生成的自組織控制，就變的相當(dāng)困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種集群機(jī)器人在無集中控制和領(lǐng)導(dǎo)機(jī)器人的情況下，自組織按照圖形組成圖形的方法，能夠有效實(shí)現(xiàn)小型集群機(jī)器人在自組織行為約束下，集群機(jī)器人完成圖形的組建任務(wù)。

一種基于自組織行為的集群機(jī)器人圖形組建方法，包括以下步驟：

步驟1：對集群機(jī)器人中各機(jī)器人發(fā)送待組建的圖形位置和形狀信息；

步驟2：將集群機(jī)器人按次序排列在初始位置，并隨機(jī)初始化4個單體機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)以及給每個單體機(jī)器人進(jìn)行ID標(biāo)識，其中，一個為種子狀態(tài)，梯度為0，另外三個為終止停止?fàn)顟B(tài)，梯度為1，且梯度為1的單體機(jī)器人與梯度為0的單體機(jī)器人之間的距離小于0.309R；

步驟3：集群機(jī)器人中各單體機(jī)器人之間通過相互傳輸信息，依據(jù)各自不同運(yùn)動狀態(tài)和梯度，對各單機(jī)器人的下一時刻的運(yùn)動狀態(tài)和行進(jìn)順序進(jìn)行自組織的周期性編隊控制，完成所需組建的圖形；

所述集群機(jī)器人中各單體機(jī)器人之間相互傳輸信息是指集群機(jī)器人中各單體機(jī)器人將自身的位置坐標(biāo)、ID信息、運(yùn)動狀態(tài)以及梯度發(fā)送給在其通訊半徑內(nèi)的單體機(jī)器人，并獲取在該通訊半徑內(nèi)與其他機(jī)器人之間的距離；

單個機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)包括起始停止?fàn)顟B(tài)、等待狀態(tài)、行進(jìn)狀態(tài)、種子狀態(tài)、暫停判斷狀態(tài)和終止停止?fàn)顟B(tài)；

單體機(jī)器人梯度是指集群機(jī)器人在初始位置時，各單體機(jī)器人離處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人的遠(yuǎn)近程度，距離處于種子狀態(tài)單體機(jī)器人越遠(yuǎn)的單體機(jī)器人的梯度越高；

未進(jìn)行梯度初始化的單體機(jī)器人梯度以距離處理種子狀態(tài)的單體機(jī)器人距離由近至遠(yuǎn)依次按照以下過程確定梯度：

將與當(dāng)前單體機(jī)器人距離小于0.309R的單體機(jī)器人作為當(dāng)前單體機(jī)器人的鄰近單體機(jī)器人，將鄰近單體機(jī)器人中梯度最小的單體機(jī)器人的梯度賦值給當(dāng)前單體機(jī)器人，并當(dāng)前單體機(jī)器人的梯度值加1，完成當(dāng)前單體機(jī)器人的梯度計算；

所述起始停止?fàn)顟B(tài)是指集群機(jī)器人位于初始位置時，所有單體機(jī)器人靜止不動，除已初始化的四個單體機(jī)器人外，其余單體機(jī)器人均進(jìn)行自身梯度計算，完成梯度計算后進(jìn)入等待狀態(tài)；

所述等待狀態(tài)為單體機(jī)器人從起始停止?fàn)顟B(tài)到行進(jìn)狀態(tài)之間的一個過渡狀態(tài)，處于等待狀態(tài)的單體機(jī)器人滿足以下任一條件時，進(jìn)入行進(jìn)狀態(tài)：

當(dāng)在通訊半徑內(nèi)的其他單體機(jī)器人的梯度全都小于該單體機(jī)器人梯度時，進(jìn)入行進(jìn)狀態(tài)；

當(dāng)在通訊半徑內(nèi)該機(jī)器人梯度為最大且與其中一個或多個單體機(jī)器人的梯度相等，則從中選出ID最大的單體機(jī)器人進(jìn)入行進(jìn)狀態(tài)；

所述行進(jìn)狀態(tài)是指單體機(jī)器人處于前行運(yùn)動過程中；

所述種子狀態(tài)是指處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人不運(yùn)動，且作為其他行進(jìn)狀態(tài)單體機(jī)器人停止運(yùn)動標(biāo)志物，當(dāng)處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人與處于種子狀態(tài)機(jī)器人距離小于設(shè)定?？烤嚯x時，停止運(yùn)動；

所述暫停判斷狀態(tài)是指處于行進(jìn)狀態(tài)機(jī)器人運(yùn)動到與種子狀態(tài)機(jī)器人相距0.309R時進(jìn)入的狀態(tài)，用來根據(jù)周圍機(jī)器人的狀態(tài)判斷下一步進(jìn)入終止停止?fàn)顟B(tài)或種子狀態(tài)；

所述終止停止?fàn)顟B(tài)是指單體機(jī)器人處于終止停止?fàn)顟B(tài)時，單體機(jī)器人靜止不動，向外發(fā)送自身位置和狀態(tài)信息；

其中，R為單體機(jī)器人半徑。

當(dāng)前單體機(jī)器人處于等待狀態(tài)時，若在其通訊半徑內(nèi)存在處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人，則該單體機(jī)器人繼續(xù)保持為等待狀態(tài)，反之則由ID和梯度大小控制先行順序，依次切換至行進(jìn)狀態(tài)；單體機(jī)器人的梯度越大，行進(jìn)順序越靠前；

所述依據(jù)各自不同運(yùn)動狀態(tài)和梯度，對各單機(jī)器人的下一時刻的運(yùn)動狀態(tài)和行進(jìn)順序進(jìn)行自組織的周期性編隊控制，具體過程如下：

處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人沿靜止的單體機(jī)器人邊緣前行，在前行過程中與靜止的單體機(jī)器人之間間隔距離為0.155R；

當(dāng)處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人與處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人之間的間距小于或等于0.155R時，則該單體機(jī)器人由行進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫停判斷狀態(tài)；

當(dāng)單體機(jī)器人處于暫停判斷狀態(tài)時，若在其通訊半徑內(nèi)存在處于種子狀態(tài)機(jī)器人時，該機(jī)器人保持暫停判斷狀態(tài)；若在其通訊半徑內(nèi)不存在處于種子狀態(tài)機(jī)器人時，則開始計算自身優(yōu)先值，并與其最接近的兩個單體機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)先值大小比較，優(yōu)先值大的單體機(jī)器人進(jìn)入種子狀態(tài)，其他處于暫停判斷狀態(tài)的單體機(jī)器人進(jìn)入終止停止?fàn)顟B(tài)；

當(dāng)單體機(jī)器人處于種子狀態(tài)時，若周圍圍滿六個機(jī)器人且間距都為0.309R時，則由種子狀態(tài)轉(zhuǎn)換至最終停止?fàn)顟B(tài)，否則，一直保持種子狀態(tài)；

當(dāng)單體機(jī)器人處于終止停止?fàn)顟B(tài)時，根據(jù)接收到其他處于終止停止?fàn)顟B(tài)機(jī)器人發(fā)送的定位信息，采用三邊定位算法對自身位置進(jìn)行計算，并向外廣播自身狀態(tài)和定位信息。

單體機(jī)器人的優(yōu)先值是指單體機(jī)器人的工作負(fù)責(zé)區(qū)域覆蓋所需組建圖形的軌跡類型；

覆蓋的軌跡為線條或弧線時，為線優(yōu)先值；

覆蓋的軌跡存在拐點(diǎn)時，為點(diǎn)優(yōu)先值；

不存在軌跡覆蓋時，為非優(yōu)先值；

其中，線優(yōu)先值大于點(diǎn)優(yōu)先值，點(diǎn)優(yōu)先值大于非優(yōu)先值。

所述單體機(jī)器人的工作負(fù)責(zé)區(qū)域是以(x₀+1.155R,y₀+R)，(x₀-1.155R,y₀+R)，(x₀+1.155R,y₀-R)，(x₀-1.155R,y₀-R)四點(diǎn)組成的矩形區(qū)域；

其中，單體機(jī)器人圓面圓心點(diǎn)坐標(biāo)為(x₀,y₀)。

所述處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人沿靜止單體機(jī)器人的邊緣行走，是沿順時針方向，以與集群機(jī)器人間距為0.309倍的單體機(jī)器人半徑距離，圍繞集群機(jī)器人進(jìn)行移動。

所述單體機(jī)器人自身位置坐標(biāo)信息采用如下定位方法進(jìn)行計算獲得：

$({\hat{x}}_{self},{\hat{y}}_{self})={\min }_{x_{self},y_{self}}\left(\underset{N}{\Σ}\right|D_N-\sqrt{{(x_n-x_{self})}^2+{(y_n-y_{self})}^2}\left|\right)$

其中，x_self，y_self分別表示為單體機(jī)器人真實(shí)的橫、縱坐標(biāo)；分別表示為單體機(jī)器人的橫、縱坐標(biāo)計算值；x_n，y_n分別表示為該單體機(jī)器人的鄰近單體機(jī)器人中的第n個單體機(jī)器人的橫、縱坐標(biāo)計算值；D_N表示為該單體機(jī)器人與其通訊范圍內(nèi)第n單體機(jī)器人之間的測量距離。

在組建的圖形中，相鄰單體機(jī)器人之間的間距為單體機(jī)器人半徑的0.309倍。

有益效果

本發(fā)明提供了一種基于自組織行為的集群機(jī)器人圖形組建方法，包含以下步驟：步驟1：從控制器向機(jī)器人個體發(fā)送路徑信息；步驟2：將多個單體機(jī)器人排隨機(jī)列成一個緊密的機(jī)器人群體，并初始化4個種子狀態(tài)機(jī)器人信息；步驟3：根據(jù)從控制器接收到的路徑信息、機(jī)器人之間傳輸?shù)男畔ⅰ顟B(tài)控制算法和基本行為對單體機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對群機(jī)器人運(yùn)動和組成圖形的控制完成圖形組建；

該方法相對于現(xiàn)有技術(shù)中能夠?qū)崿F(xiàn)群機(jī)器人自編隊功能的機(jī)器人需要有較強(qiáng)計算能力的處理器和強(qiáng)大的傳感器系統(tǒng)而言，該方法面向微小型群集機(jī)器人，對機(jī)器人硬件的要求低，硬件方面只需要紅外傳感器和計算能力較弱的處理器和常規(guī)電機(jī)即可，與其他復(fù)雜傳感器的編隊系統(tǒng)相比，更加輕便，有著更好的操控性；在定位方面，本發(fā)明所述方法中采用的是一種緊密環(huán)繞的結(jié)構(gòu)，每一個處于種子狀態(tài)單體機(jī)器人最終都會被6個單體機(jī)器人緊密圍繞，形成一個六邊形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在三邊定位時不會出現(xiàn)因為機(jī)器人共線，而導(dǎo)致三邊定位法的失??；相比其他的隊形結(jié)構(gòu)，該六邊形結(jié)構(gòu)有著更加穩(wěn)定的效果和更精確的測量；并且因為工作負(fù)責(zé)區(qū)域的設(shè)置，若某一時刻某一個機(jī)器人出現(xiàn)定位的誤差，只要計算后的機(jī)器人負(fù)責(zé)區(qū)域覆蓋真實(shí)的坐標(biāo)，則在編隊表現(xiàn)上就不會出現(xiàn)偏差，仍舊按照正常的軌跡行進(jìn)，因此，本發(fā)明所述方法在定位方面具有一定的容錯性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述方法的整體流程圖；

圖2為本發(fā)明中央處理器與單體機(jī)器人關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明組成“L”圖形實(shí)驗過程圖，其中，圖(a)為起始梯度圖；圖(b)為機(jī)器人開始運(yùn)動圖；圖(c)為第一個運(yùn)動機(jī)器人停止運(yùn)動圖；圖(d)為第二個運(yùn)動機(jī)器人停止運(yùn)動圖；圖(e)為新種子狀態(tài)機(jī)器人產(chǎn)生圖；圖(f)為6個機(jī)器人加入預(yù)設(shè)圖形圖；圖(g)為圖形形成至拐角處圖；圖(h)為通過優(yōu)先值判斷產(chǎn)生新種子狀態(tài)機(jī)器人圖；圖(I)為最終“L”形狀形成圖；

圖4為本發(fā)明所述方法中單體機(jī)器人工作負(fù)責(zé)區(qū)域示意圖；

圖5為本發(fā)明所述方法中單體機(jī)器人的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；

圖6為本發(fā)明所述方法中單體機(jī)器人沿邊緣行進(jìn)的運(yùn)動軌跡圖；

圖7為本發(fā)明所述方法中單體機(jī)器人優(yōu)先值計算示意圖；

圖8為本發(fā)明所述方法中單體機(jī)器人部分硬件組成示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施對文本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明所述的一種基于自組織行為的集群機(jī)器人圖形組建方法，如圖1所示，具體步驟如下：

步驟1：向集群機(jī)器人發(fā)送所需的組建的圖形路徑信息；

向集群機(jī)器人發(fā)送路徑信息的控制器僅包含通過紅外信號發(fā)射器向各個終端機(jī)器人個體發(fā)送地圖信息的功能，不包含在運(yùn)行期間進(jìn)行通信向機(jī)器人發(fā)送動態(tài)指令的功能。

向各單體機(jī)器人發(fā)送的路徑信息為單一起點(diǎn)，單一終點(diǎn)，路徑無岔路的線型地圖信息。路徑無岔路的含義為群機(jī)器人不能在岔路口解體沿不同的方向行進(jìn)。

步驟1.1：預(yù)先通過接口將控制算法文件存入ROM存儲器中，由中央控制器通過紅外裝置向所有單體機(jī)器人發(fā)送地圖路徑信息，如圖2所示。

步驟1.2：所有單體機(jī)器人接收到由控制器發(fā)送過來的地圖信息和初始定位信息存儲在ROM存儲器中。

步驟2：將多個單體機(jī)器人排隨機(jī)列成一個緊密的機(jī)器人群體，并初始化4個起始狀態(tài)單體機(jī)器人信息。

單體機(jī)器人利用紅外發(fā)射器，向其通訊范圍內(nèi)的其他單體機(jī)器人交換位置坐標(biāo)信息，ID信息，所處狀態(tài)信息以及梯度信息。并可通過紅外發(fā)射器計算其與通訊范圍內(nèi)其他機(jī)器人之間的距離。

初始化單體機(jī)器人信息包括單體機(jī)器人位置坐標(biāo)信息，ID信息，所處狀態(tài)信息，梯度信息，通訊范圍內(nèi)與其他機(jī)器人之間的距離。

初始化的4個機(jī)器人為圖形組建的起點(diǎn)，且圖形的起始點(diǎn)被4個單體機(jī)器人中的種子狀態(tài)機(jī)器人的負(fù)責(zé)區(qū)域所覆蓋。預(yù)設(shè)初始化4個單體機(jī)器人的位置定位數(shù)據(jù)和梯度數(shù)據(jù)，種子狀態(tài)機(jī)器人梯度為0，其他三個機(jī)器人梯度為3。

步驟3：根據(jù)從控制器接收到的路徑信息、機(jī)器人之間傳輸?shù)男畔?、狀態(tài)控制算法和基本行為對單體機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對群機(jī)器人運(yùn)動和組成圖形的控制。

單個機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)包括起始停止?fàn)顟B(tài)、等待狀態(tài)、行進(jìn)狀態(tài)、種子狀態(tài)、暫停判斷狀態(tài)和終止停止?fàn)顟B(tài)；

所有單體機(jī)器人同時開始執(zhí)行算法文件，并同步通過紅外發(fā)射器和紅外接收器與通訊范圍內(nèi)的機(jī)器人進(jìn)行通信，并將與其通信機(jī)器人的ID信息、狀態(tài)信息、梯度信息、定位信息，和自身的ID信息，狀態(tài)信息，實(shí)時更新儲存在RAM中。通過紅外發(fā)射裝置向外廣播信息RAM中的自身信息，并在停止后同時向外廣播ROM中的定位信息。

步驟3.1：如圖(a)所示，4個初始化的單體機(jī)器人被放置在圖形的起點(diǎn)附近，處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人的梯度為0，其他三個單體機(jī)器人的梯度為1，與其他單體機(jī)器人組成一個緊密的機(jī)器人群體。其他單體機(jī)器人通過梯度計算算法計算自身的梯度，機(jī)器人梯度標(biāo)記在機(jī)器人圖形上。

步驟3.2：如圖(b)所示，通過梯度計算之后再圖(a)中梯度為7的單體機(jī)器人梯度最大，且在通訊范圍內(nèi)沒有運(yùn)動機(jī)器人，則該單體機(jī)器人開始沿其它單體機(jī)器人組成的集群邊緣運(yùn)動。

步驟3.3：隨后梯度同為6的機(jī)器人會依據(jù)ID大小的比較決定運(yùn)動的先后順序，之后的機(jī)器人會依次從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)化到行進(jìn)狀態(tài)。如圖(c)所示第一個處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人到達(dá)與種子狀態(tài)機(jī)器人相距小于等于3.09R的位置則進(jìn)入暫停判斷狀態(tài)。

步驟3.4：如圖(d)所示，第二個處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人到達(dá)與種子狀態(tài)機(jī)器人相距小于等于3.09R的位置則進(jìn)入暫停判斷狀態(tài)。

步驟3.5：如圖(e)所示，第三個處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人到達(dá)與種子狀態(tài)機(jī)器人相距小于等于3.09R的位置則進(jìn)入暫停判斷狀態(tài)。此時初始種子狀態(tài)機(jī)器人檢測到周圍存在6個距離其小于等于0.309R的單體機(jī)器人，則該單體機(jī)器人由種子狀態(tài)轉(zhuǎn)入最終停止?fàn)顟B(tài)。

此時之前三個進(jìn)入暫停判斷狀態(tài)的單體機(jī)器人檢測到周圍不存在種子狀態(tài)機(jī)器人則會通過計算優(yōu)先值，并通過三者相互比較優(yōu)先值大小，確定箭頭所指的單體機(jī)器人優(yōu)先值最大進(jìn)入種子狀態(tài)，其他兩個單體機(jī)器人由暫停判斷狀態(tài)轉(zhuǎn)入終止停止?fàn)顟B(tài)。

步驟3.6：隨后又會有三個單體機(jī)器人將新的處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人圍繞，如圖(f)所示，并會再次產(chǎn)生新的處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人，并且其他兩個處于暫停判斷狀態(tài)的單體機(jī)器人將會進(jìn)入終止停止?fàn)顟B(tài)。

步驟3.7：經(jīng)過幾個周期后，集群機(jī)器人將會遇到如圖(g)所示的路線的拐角情況。此時如圖所示有A和B兩個單體機(jī)器人的負(fù)責(zé)區(qū)域覆蓋路徑，通過優(yōu)先值的計算可得B的優(yōu)先值為線優(yōu)先值大于A的點(diǎn)有限值，所以單體機(jī)器人B為新一代處于種子狀態(tài)的機(jī)器人，之后的單體機(jī)器人將會如圖(h)所示圍繞機(jī)器人B排列。

步驟3.8：最終組成如圖(I)所示的“L”圖形。

步驟4：所有單體機(jī)器人都加入到指定圖形的組成，算法結(jié)束。

由多個單體機(jī)器人組成的指定負(fù)責(zé)的區(qū)域，如圖4所示。當(dāng)一個單體機(jī)器人被多個單體機(jī)器人機(jī)密環(huán)繞時，各單體機(jī)器人之間間距一定；一個單體機(jī)器人周圍最多能夠圍繞6個單體機(jī)器人，直線l₁，l₂，l₃，l₄，l₅，l₆分別與圓相切。設(shè)相鄰單體機(jī)器人圓心之間的距離為D，機(jī)器人圓半徑為R，機(jī)器人之間距離為d，則有：

$D=\frac{4\sqrt{3}}{3}R$

$d=D-2R=(\frac{4\sqrt{3}}{3}-2)R\≈0.309R$

$\frac{d}{2}\≈0.155R$

設(shè)中間單體機(jī)器人的位置坐標(biāo)為(x_o,y_o)，則其工作負(fù)責(zé)的區(qū)域為由(x_o+1.155R,y_o+R)，(x_o-1.155R,y_o+R)，(x_o+1.155R,y_o-R)，(x_o-1.155R,y_o-R)4點(diǎn)組成的矩形S區(qū)域。其他單體機(jī)器人的工作負(fù)責(zé)區(qū)域按照相同方法進(jìn)行計算。

根據(jù)控制算法，每個單體機(jī)器人會有一個自身狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程，狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程圖如圖5所示。算法描述如下：

步驟1：當(dāng)算法文件開始執(zhí)行時，除四個初始化的單體機(jī)器人外其他機(jī)器人為起始終止?fàn)顟B(tài)，并進(jìn)行梯度計算，在梯度計算后進(jìn)入步驟2；

步驟2：單體機(jī)器人進(jìn)入等待狀態(tài)，檢測周圍是否存在處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人，若不存在，則轉(zhuǎn)至步驟3；若存在，則保持等待狀態(tài)，直到周圍不存在處于行進(jìn)狀態(tài)的單體機(jī)器人轉(zhuǎn)至步驟3；

步驟3：判斷自身的梯度數(shù)值是否為通訊范圍內(nèi)最大的，若不是則保持等待狀態(tài)，直到自身的梯度在通訊范圍內(nèi)為最大值轉(zhuǎn)至步驟4；若自身梯度是通訊范圍內(nèi)最大值則轉(zhuǎn)至步驟4；

步驟4：判斷是否在通訊范圍內(nèi)是否存在機(jī)器人與其梯度相同，若不存在，則跳至步驟5；若存在則等待自身ID為最大值，轉(zhuǎn)至步驟5；

步驟5：進(jìn)入行進(jìn)狀態(tài)，判斷與種子狀態(tài)機(jī)器人間距是否大于0.309R，若大于則保持行進(jìn)狀態(tài)，并直至運(yùn)動到與處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人間距不大于0.309R的位置轉(zhuǎn)至步驟6；若不大于則轉(zhuǎn)至步驟6；

步驟6：進(jìn)入暫停判斷狀態(tài)，判斷周圍是否有存在處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人，若不存在轉(zhuǎn)至步驟7；若存在，則保持該狀態(tài)，等待當(dāng)周圍不存在處于種子狀態(tài)的單體機(jī)器人時轉(zhuǎn)至步驟7；

步驟7：計算優(yōu)先值并于其他同處于暫停判斷狀態(tài)機(jī)器人進(jìn)行比較，若優(yōu)先值最大，則轉(zhuǎn)至步驟8；若優(yōu)先值非最大轉(zhuǎn)至步驟9；

步驟8：進(jìn)入種子狀態(tài)，判斷周圍是否圍滿6個單體機(jī)器人，若是則轉(zhuǎn)至步驟9；若不是則保持種子狀態(tài)，直到周圍圍滿6個機(jī)器人，轉(zhuǎn)至步驟9；

步驟9：進(jìn)入終止停止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)行計算定位信息，并向外廣播定位信息，單體機(jī)器人將不再運(yùn)動。

沿邊緣行走行為，如圖6所示。以順時針方向圍繞由靜止機(jī)器人組成的機(jī)器人群體以與群體間距為0.309R距離進(jìn)行移動，并且僅在單體機(jī)器人的行進(jìn)狀態(tài)下執(zhí)行。設(shè)置單體機(jī)器人運(yùn)動步長為d_f，角度轉(zhuǎn)動步長為α_f，并且需要記錄之前一步的距離d_p，設(shè)置預(yù)期距離d_s和現(xiàn)有測量距離D。

其中所指的距離為行進(jìn)機(jī)器人與被該機(jī)器人圍繞行進(jìn)的機(jī)器人圓心之間的距離。在實(shí)際中d_s＝0.309R，R為單體機(jī)器人半徑。偽代碼如下：

If D<d_s

ifd_p<D

向前前進(jìn)d_f；

else

逆時針轉(zhuǎn)α_f并前進(jìn)d_f；

end

else

ifd_p>D

向前前進(jìn)d_f；

else

順時針轉(zhuǎn)α_f并前進(jìn)d_f；

end

end

計算優(yōu)先值：如圖7所示，是根據(jù)自身定位行為計算定位信息和負(fù)責(zé)區(qū)域，與控制器預(yù)先向該單體機(jī)器人發(fā)送的路徑信息，進(jìn)行各機(jī)器人優(yōu)先值計算的行為。根據(jù)機(jī)器人定位信息與給定路徑的距離和位置，優(yōu)先值計算結(jié)果可分為：線形優(yōu)先值、拐點(diǎn)形優(yōu)先值和非優(yōu)先值。設(shè)定：線形優(yōu)先值>拐點(diǎn)形優(yōu)先值>非優(yōu)先值。如圖7所示，設(shè)路徑由一個半圓圓弧C，兩條直線L₁，L₂。L₁與L₂拐點(diǎn)P，起點(diǎn)S，終點(diǎn)F組成。直線路徑L₁與半圓圓弧路徑C平滑連接。若路徑上存在一點(diǎn)i，且i∈A，A為一機(jī)器人的工作負(fù)責(zé)區(qū)域，則認(rèn)為該路徑∈A。

若僅L₁∈A則該機(jī)器人優(yōu)先值為線優(yōu)先值；

若僅L₂∈A則該機(jī)器人優(yōu)先值為線優(yōu)先值；

若僅P∈A則該機(jī)器人優(yōu)先值為點(diǎn)優(yōu)先值；

若僅C∈A則該機(jī)器人優(yōu)先值為線優(yōu)先值；

若A為則該機(jī)器人優(yōu)先值為非優(yōu)先值。

ID計算用來確定群機(jī)器人進(jìn)入行進(jìn)狀態(tài)的順序，當(dāng)一個機(jī)器人在通訊半徑內(nèi)檢測到其與另外一個或多個機(jī)器人的梯度同為該通訊范圍內(nèi)最大梯度時，則通過比較ID確定先后順序。ID計算行為為隨機(jī)一個[0,1]之間的數(shù)字作為自身的ID，ID大的先進(jìn)行運(yùn)動。

通過ID進(jìn)行判斷后機(jī)器人Rn先進(jìn)入行進(jìn)狀態(tài)，Rm隨后計入運(yùn)動狀態(tài)。初始時R_n與R_m之間的間距d_nm＝0，d_nm<d₀，d₀為最小運(yùn)動間距，機(jī)器人R_n為行進(jìn)狀態(tài)，R_m為準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)R_n運(yùn)動一段時間后，與R_m間距滿足d_nm>d₀時，R_m進(jìn)入運(yùn)動狀態(tài)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。