[发明专利]基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获系统及其方法

权利要求书

1.一种基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获系统，其特征在于，包括

定位模块，其采集逃逸机器人和追逐机器人在监测区域内的定位图像；

解耦模块，其对所述定位模块得到的图像进行处理，从而得到所述追逐机器人和逃逸机器人的特征色块的X，Y方向的坐标数据；

通信模块，其将从所述解耦模块得到的坐标数据传递到所述追逐机器人；

算法分析模块，其根据Bang-bang控制策略计算出所述追逐机器人的控制量以及最短追逐捕获时间；

以及机器人控制模块，其根据所述算法分析模块的计算出的控制量，结合所述追逐机器人自身位置以及运动方向计算所述追逐机器人的目标速度和方向，从而实时调整所述追逐机器人速度和方向以完成追逐捕获任务；

其中，所述定位模块、解耦模块、通信模块、算法分析模块与机器人控制模块依次相连。

2.根据权利要求1所述的基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获系统，其特征在于，所述定位模块采用的是摄像头，所述摄像头连续不断的采集所述监测区域内所述追逐机器人和逃逸机器人的RGB格式的图像，并对图像进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获系统，其特征在于，所述解耦模块包含在监测主机内，通过对所述定位图像进行分析，将图像格式转换为HSB格式，并对整个图像不断进行扫描，通过对所述图像的色相，色调以及饱和度分析得出所述追逐机器人和逃逸机器人的各个特征色块上特征颜色点的X，Y坐标，然后对相应的特征颜色点的X，Y坐标进行求和平均得到所述逃逸机器人的红色色块X，Y坐标、黄色色块X，Y坐标，所述追逐机器人的蓝色色块X，Y坐标、绿色色块X，Y坐标。

4.根据权利要求3所述的基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获系统，其特征在于，所述通信模块包括无线传感器主节点和无线传感器次节点，其中，所述无线传感器主节点接收所述监测主机串口发送的数据，提取感兴趣的坐标数据，并将所述坐标数据封装为满足无线通信协议的数据帧格式，发送给所述无线传感器次节点；所述无线传感器次节点接收所述无线传感器主节点的数据，并将接收到的数据封装为串口通信协议的数据帧，发送给所述追逐机器人。

5.根据权利要求1所述的基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获系统，其特征在于，所述算法分析模块以所述通信模块输出的数据作为输入，计算出所述追逐机器人的X，Y方向坐标、X，Y方向的速度以及运动方向矢量；计算出逃逸机器人X，Y方向坐标、X，Y方向的速度；然后根据Bang-bang控制策略，求出所述追逐机器人X，Y方向的控制量以及最短追逐捕获时间。

6.根据权利要求1所述的基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获系统，其特征在于，所述机器人控制模块将所述算法分析模块得到的控制量应用到所述追逐机器人，通过某时刻的实际速度矢量和下一时刻目标速度矢量进行比较来控制所述追逐机器人的行进方向以及速度，直到完成追逐捕获任务。

7.根据权利要求1所述的基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获系统，其特征在于，所述机器人控制模块是将所述追逐机器人的运动状态分成四种，来保证所述追逐机器人能快速准确的达到目标状态。

8.一种基于Bang-bang控制策略的最优时间追踪捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，连续不断的采集逃逸机器人和追逐机器人在监测区域内的RGB格式的定位图像；

第二步，处理所述定位图像，得到所述追逐机器人和逃逸机器人的特征色块的X，Y方向的坐标数据；

第三步，将从所述坐标数据传递到所述追逐机器人；

第四步，根据Bang-bang控制策略计算出所述追逐机器人的控制量以及最短追逐捕获时间；

第五步，根据计算出的所述控制量，结合所述追逐机器人自身位置以及运动方向计算所述追逐机器人的目标速度和方向，从而实时调整所述追逐机器人的速度和方向以完成追逐捕获任务。