一種基于位置估計的機器人編隊控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多機器人編隊控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于位置估計的機器人編 隊控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于多自主體，有時要用自治的方式來實現(xiàn)一個集體任務(wù)，由于上述情況，需要研 宄多自主體在只需通過局部或者部分測量數(shù)據(jù)的情況下分布式的編隊控制。在控制研宄進 展中，可計算和可通信為多移動自主體系統(tǒng)的分散式控制提供了先進技術(shù)。
[0003] 最常見的編隊控制問題確立以后，開始研宄自主體感知鄰居節(jié)點的相對位置或通 過控制相對位置坐標而不知道各自的絕對位置來實現(xiàn)期望編隊隊形等的情形，現(xiàn)有一些編 隊控制算法可以解決這類的編隊問題并保證真實隊形到期望隊形的全局收斂。
[0004] 大多數(shù)情況而言，期望獲知多自主體各自的位置信息。首先，針對自主體的任務(wù)， 有時候得到位置信息是至關(guān)重要的。比如，如果自主體收集到一些感知到的數(shù)據(jù)，位置信息 需要作為收集信息的附加信息。對于現(xiàn)存的編隊控制算法或者位置感知設(shè)備如GPS，這些位 置信息通常是不能夠準確得到的。其次，如果每個自主體準確的知道它們的真實位置和期 望的位置點，那么期望的隊形可以通過控制每個個體的位置而很容易實現(xiàn)，每個自主體可 以沿著它們距離目標點的最近路徑運動從而實現(xiàn)期望的隊形即可，即而可以減少一些控制 成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有編隊控制中大都需要機器人的絕對位置信息 這一缺陷，提出一種基于位置估計的機器人編隊控制方法。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于位置估計的機器人編隊控制方法，其所針對的機器人系統(tǒng)為一階系統(tǒng)， 具體過程為：
[0008] 101、設(shè)計一階系統(tǒng)的位置估計器，如式（2)所示，
【主權(quán)項】
1. 一種基于位置估計的機器人編隊控制方法，其所針對的機器人系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，其 特征在于，具體過程為： 101、 設(shè)計一階系統(tǒng)的位置估計器，如式（2)所示，
(2) 其中，k">0，i= 1，2,…，N，N為編隊中機器人的總數(shù)；當機器人i可W獲得機器人j的信息時，ay= 1，否則，au= 0;ui為機器人i的控制輸入，A為機器人i的估計位置.A 的導(dǎo)數(shù)，公/,為機器人i與機器人j的相對估計位置，Pw為機器人i與機器人j的相對實際 位置； 102、 基于一階系統(tǒng)的位置估計器，設(shè)計一階系統(tǒng)位置控制器，如式（5)所示； u,=!<.Pi-、Pi (5) 其中ke> 0,八'是機器人i的期望位置； 103、 根據(jù)一階系統(tǒng)位置控制器，實現(xiàn)對機器人編隊的控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于位置估計的機器人編隊控制方法，其特征在于，所述一階 系統(tǒng)位置控制器還包括避障控制設(shè)計，如式（17)所示：
其中，<為機器人i的避障控制輸入，代表了Vu關(guān)于皆的梯度，掙代表機器 人i的位置狀態(tài)，種代表機器人j的位置狀態(tài)，R代表機器人的可W碰撞安全距離，r代表 機器人間的可W允許的最小半徑。
3. -種基于位置估計的機器人編隊控制方法，其所針對的機器人系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，其 特征在于，具體過程為： 201、 設(shè)計二階系統(tǒng)的位置估計器，如式（8)所示，
(8) 其中，k">0,i= 1，2,…，N，N為編隊中機器人的總數(shù)；當機器人i可W獲得機器人j的信息時，1，否則，a。= 0;vi為機器人i的絕對速度，A為機器人i的估計位置的 導(dǎo)數(shù)，參;，?為機器人i與機器人j的相對估計位置，Pw為機器人i與機器人j的相對實際位 置； 202、 基于二階系統(tǒng)的位置估計器，設(shè)計二階系統(tǒng)位置控制器，如式（9)所示； (9) 其中，Ui為機器人i的控制輸入，pid和Pw是期望隊形中機器人i和j的期望位置，A 和武是機器人i和j的估計位置，Vi和Vj皂機器人i和j的絕對速度，丫> 0; 203、根據(jù)二階系統(tǒng)位置控制器，實現(xiàn)對機器人編隊的控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于位置估計的機器人編隊控制方法，其特征在于，所述二階 系統(tǒng)位置控制器還包括避障控制設(shè)計，如式（17)所示：
其中，< 為機器人i的避障控制輸入，'代表了 乂4關(guān)于' 片的梯度，皆代表機器 人i的位置狀態(tài)，代表機器人j的位置狀態(tài)，R代表機器人的可W碰撞安全距離，r代表 機器人間的可W允許的最小半徑。
5. -種基于位置估計的機器人編隊控制方法，其所針對的機器人系統(tǒng)為差動系統(tǒng)，其 特征在于，具體過程為： 301、 設(shè)計差動系統(tǒng)的位置估計器，如式（2)所示，
(2) 其中，k">0,i= 1，2,…，N，N為編隊中機器人的總數(shù)；當機器人i可W獲得機器人j的信息時，1，否則，3。= 0 為機器人i的控制輸入，A為機器人i的估計位置A 的導(dǎo)數(shù)，如為機器人i與機器人j的相對估計位置，Pw為機器人i與機器人j的相對實際 位置； 302、 設(shè)計機器人編隊控制輸入： V.=k{co^0.sin6^. )(/;；-/;,)' 與=巧 〇3) ?i=cos化tt) 其中，kt> 0且kt> 0,t表示時間，A是機器人i的期望位置； 基于差動系統(tǒng)的位置估計器，設(shè)計差動系統(tǒng)位置控制器，如式（14)所示，u,=kM{0,){p*-p：) (14) 其中
303、根據(jù)差動系統(tǒng)位置控制器，實現(xiàn)對機器人編隊的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于位置估計的機器人編隊控制方法，其特征在于，所述差動 系統(tǒng)位置控制器還包括避障控制設(shè)計，如式（17)所示：
其中，< 為機器人i的避障控制輸入，3^. /3片代表了Vy關(guān)于皆的梯度，皆代表機器 人i的位置狀態(tài)，均?代表機器人j的位置狀態(tài)，R代表機器人的可W碰撞安全距離，r代表 機器人間的可W允許的最小半徑。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于位置估計的機器人編隊控制方法，具體過程為：首先，針對不同的機器人系統(tǒng)設(shè)計相應(yīng)的位置估計器；其次，基于一階系統(tǒng)的位置估計器，設(shè)計一階系統(tǒng)位置控制器；再次，根據(jù)一階系統(tǒng)位置控制器，實現(xiàn)對機器人編隊的控制。本發(fā)明結(jié)合位置估計器，分別作用在多機器人形成的不同系統(tǒng)模型中，可以實現(xiàn)有效的編隊運動，達到期望的編隊隊形，且編隊過程開始時，機器人的位置可以任意，都可以形成期望的編隊效果。
【IPC分類】G05D1-10
【公開號】CN104850131
【申請?zhí)枴緾N201510190847
【發(fā)明人】夏元清, 阮廣凱, 孫中奇, 蒲釩, 楊毅, 任雪梅, 娜茜泰
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月21日