[发明专利]一种集群智能控制系统和方法

说明书

本发明属于机器人领域，并公开了一种集群智能控制系统，包括上位机、WIFI模块、微控制器、应变片、电机、陀螺仪和螺旋扇叶，所述应变片用于测量每个风扇作用在个体上的推力值并传送给所述微控制器，所述微控制器基于获得的实际推力值与目标推力值进行比较，从而实时调整电机的转速；与此同时，所述微控制器通过陀螺仪获得个体的当前角速度，从而获得个体的当前姿态角度并实时调整电机的转速差，进而实现个体的转弯，以此方式，使集群机器人的每个个体均按设定轨迹运动。本发明能够根据要求实时调整和控制集群机器人的动作，通过混合粒子群万有引力算法优化机器人集群对象的运动轨迹。

技术领域

本发明属于机器人控制领域，更具体地，涉及一种集群智能控制系统和方法。

背景技术

集群智能来源于群居性生物通过协作表现出的宏观智能行为，具有分布式、无中心、自组织的特点。将群体原理应用于机器人等控制对象上，每个机器人自身只具有相当简单的功能，但集群之后的群体行为则相当复杂多样。集群机器人可以被认为是一个分布式系统。集群机器人能够提高故障冗余度，集群机器人包括地面集群机器人、空中机器人也就是无人机集群、水面和水下集群机器人等多种形式。

集群控制系统要实现相互间的协同就必须确定个体对象之间逻辑上和物理上的信息关系和控制关系，针对这些问题而进行的体系结构研究可以将系统的结构和控制结合起来，保证系统中信息流和控制流的畅通，为机器人之间的交互提供框架。集群控制算法需要保证多个控制个体之间能有效地进行协同，应对紧急状况能够迅速做出反应。

目前的集群控制系统，普遍存在动态响应速度慢，控制过程复杂，控制精度低等问题。尤其在响应速度方面，很难达到实时控制的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种集群智能控制系统和方法，能够根据要求实时调整和控制集群机器人的动作，优化集群机器人的总轨迹路径。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种集群智能控制系统，其特征在于，包括上位机、WIFI模块、微控制器、应变片、电机、陀螺仪和螺旋扇叶，其中，

所述上位机通过所述WIFI模块与所述微控制器连接；

所述微控制器分别连接应变片、电机和陀螺仪；

集群机器人中每个个体上均安装所述应变片、电机和陀螺仪，每个个体上设置多个所述电机，每个所述电机上均连接所述螺旋扇叶，以用于推动个体移动，所述微控制器通过所述电机带动所述螺旋扇叶旋转，并且所述微控制器通过改变PWM占空比的方式控制所述电机的转速，以获得个体移动所需要的推力；

所述应变片用于测量每个风扇作用在个体上的推力值并传送给所述微控制器，所述微控制器基于获得的实际推力值与目标推力值进行比较，从而实时调整电机的转速；与此同时，所述微控制器通过陀螺仪获得个体的当前角速度，从而获得个体的当前姿态角度并实时调整电机的转速差，进而实现个体的转弯，以此方式，使集群机器人的每个个体均按设定轨迹运动，进而实现对集群机器人运动的总轨迹路径的控制。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种集群机器人智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)微控制器获取测量数据，所述测量数据包括所有个体的位置信息、速度信息、角度信息和加速度信息；

2)微控制器将数据传送给上位机，上位机根据上一次获得的测量数据和总轨迹路径是否异常，如果是，则进入步骤3)，如果否，则进入步骤4)；其中集群机器人中每个个体分别具有运动轨迹，所有个体的运动轨迹共同形成集群机器人的所述总轨迹路径；

3)混合粒子群万有引力算法接收异常信息，并根据异常状况重新计算集群机器人的最优总轨迹路径；