[发明专利]一种基于领航跟随的移动机器人编队控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动机器人运动控制领域，尤其涉及一种基于领航跟随的移动 机器人编队运动控制方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，移动机器人在应用范围和功能方面都得到了较大 的拓展和提高，并且广泛应用于国防、工业、服务业等行业。多移动机器人编 队可以有效弥补单个移动机器人能力的不足，使单个机器人在编队行为的群体 中拥有了原来所没有的显著优势，通过群体间机器人的协调合作可以完成单个 机器人无法或难以完成的工作。因此，对于移动机器人编队控制系统及控制方 法的研究是十分必要的。

经过对现有文献的检索，中国专利申请号为：CN201010618568.1，名称为： 基于Ad-Hoc网络和leader-follower算法的多机器人编队方法，该发明提出了一 种多机器人编队方法，建立leader运动学模型，根据人工势场法确定follower 运动轨迹，并在leader和follower之间引入Ad-Hoc网络，建立信息反馈来保证 follower对leader的跟踪过程无丢失。但该发明在领航跟随者中引入Ad-Hoc网 络的同时没有考虑网络通信异常的情况，易出现由于网络通信异常造成的跟随 者运动偏离现象。中国专利申请号为：201310281499.3，名称为：一种基于行为 的领航者—跟随者多智能体队形控制方法，该发明公开了一种基于行为的领航 者—跟随者多智能体队形控制方法，该方法通过增加候补领航者在一定程度上 弥补领航者在发生障碍后导致队形失效的缺陷。但该发明没有考虑在领航跟随 编队中跟随者对领航者信息获取失败的问题，容易导致跟随者丢失的情况。文 献名称为：一种多智能体领航跟随编队新型控制器的设计，在该算法中通过引 入基于邻居的局部控制率以及基于邻居的状态估计规则设计了一种新型的控制 器，在该控制器中通过简单设定领航者和跟随者之间的相对坐标即可方便的实 现任意形状编队，但该方法将领航跟随者组成的编队形成一个固定或可切换的 连接拓扑，缺乏一定的编队灵活性且没有考虑到通信拓扑受限情况下的领航跟 随编队问题。

通过检索发现，现有技术中关于移动机器人领航跟随编队运动控制的研究 很多，虽然都能够实现对机器人的编队控制，但都没有考虑到在领航跟随编队 中通信受限情况下的跟随者运动问题，编队稳定性差，缺乏有效的编队保障。 因此，本发明提出一种基于领航跟随的移动机器人编队控制方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种针对领航跟随编队运动中的通信异常、跟随者运 动情况以及整体编队队形保持有明显优化的基于领航跟随的移动机器人编队控 制方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述控制方法包括全局定 位系统、无线通信系统、算法处理系统、调速系统以及标定不同颜色的移动机 器人；全局定位系统利用摄像头对不同颜色的移动机器人进行颜色识别，采集 移动机器人的位姿信息；无线通信系统将采集到的位姿信息发送给各机器人； 算法处理系统根据接收到的各移动机器人位姿信息做出运动控制及协调编队算 法处理，并且不断地与调速系统进行信息交互，调速系统采集处理各移动机器 人的速度信息，对实际控制输出不断做出反馈，实时矫正速度偏差，最终完成 各移动机器人编队运动的控制。

所述控制方法的具体步骤如下：

步骤1，在工作平台中，利用全局定位系统获取编队中各机器人相对于平台 全局坐标系的位置坐标信息；

步骤2，根据各机器人的位置坐标信息构建领航机器人与跟随机器人之间的 相对位置角度关系式，定义编队期望的领航机器人与跟随机器人的距离角度关 系，得到误差动力学方程，进而推导出跟随机器人的运动控制率；

步骤3，在编队运动过程中，领航机器人向目标点自主运动并通过无线通信 系统不断向跟随机器人发送信息，跟随机器人接收领航机器人信息并计算自己 的位置，记录跟随机器人每一时刻的位置信息作为训练数据，建立基于非线性 最小二乘法的跟随机器人轨迹预测模型；

步骤4，利用粒子群算法解决轨迹预测模型参数选取问题，将轨迹预测模型 的一组参数作为轨迹预测模型的一组解，初始化粒子群，计算每个粒子的适应 度函数，根据粒子的适应度函数值更新粒子的个体极值及全局极值；

步骤5，利用迭代公式更新每个粒子的速度和位置；