[发明专利]一种多轮式机器人系统的动态分布式控制方法

说明书

本发明提出一种多轮式机器人系统的动态分布式控制方法，包括：获取个体轮式机器人的当前时刻的绝对位置、朝向角度，个体轮式机器人的邻居轮式机器人的当前时刻的绝对位置、朝向角度，以及二者当前时刻的相对位置；获取多轮式机器人系统通讯拓扑图的邻接矩阵与拉普拉斯矩阵；根据多轮式机器人系统通讯拓扑图的拉普拉斯矩阵，确定满足系统交会条件的动态分布式控制器参数矩阵；根据动态分布式控制器输入，确定个体轮式机器人下一时刻外界控制输入量；根据获取及确定的参数控制个体轮式机器人。本发明保证多轮式机器人系统间进行有向信息传递且信息来源于不同类的传感器时，可使用动态分布式控制器达到交会目的。

技术领域

本发明涉及轮式机器人控制技术领域，特别涉及一种多轮式机器人系统的动态分布式控制方法。

背景技术

目前，多轮式机器人系统的动态分布式协调控制方法在实际问题中得到了越来越广泛的应用。这主要是由于实际应用任务需要多个轮式机器人配合完成，不仅可以完成更复杂的任务，而且可以提高工作效率。由于个体轮式机器人的感知范围有限，分布式控制器可以更好的解决问题。然而，现有的多轮式机器人系统协调控制方法都需要很多的期望假设条件，如系统通讯拓扑图是无向图，轮式机器人状态信息来源相同且可以观测以及使用积分器作为轮式机器人模型等。但是实际作业过程中，轮式机器人间的通讯往往是具有方向的，单个轮式机器人模型也具有欠驱动特性，同时其某些状态信息来源多样或不可测量，因此，现有的静态分布式控制器通常不能很好的解决多轮式机器人系统在实际应用场景中遇到的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为达到上述目的，本发明提出一种多轮式机器人系统的动态分布式控制方法，包括以下步骤：A：获取个体轮式机器人的当前时刻的绝对位置、朝向角度，所述个体轮式机器人的邻居轮式机器人的当前时刻的绝对位置、朝向角度，以及所述个体轮式机器人和所述个体轮式机器人的邻居轮式机器人的当前时刻的相对位置；B：获取所述多轮式机器人系统通讯拓扑图的邻接矩阵与拉普拉斯(Laplacian)矩阵；C：根据所述多轮式机器人系统的Laplacian矩阵，确定满足系统交会条件的动态分布式控制器参数矩阵；D：根据所述动态分布式控制器输入，确定所述个体轮式机器人下一时刻外界控制输入量；E：根据所述个体轮式机器人的当前时刻的绝对位置、朝向角度，所述个体轮式机器人的邻居轮式机器人的当前时刻的绝对位置、朝向角度，以及所述个体轮式机器人和所述个体轮式机器人的邻居轮式机器人的当前时刻的相对位置，所述多轮式机器人系统的邻接矩阵与Laplacian矩阵，所述满足系统交会条件的动态分布式控制器，所述依据动态分布式控制器输入确定的所述外界控制输入量控制所述个体轮式机器人。

在本发明的一个实施例中，所述步骤B具体包括：如果所述个体轮式机器人i可以获得所述邻居轮式机器人j传输的信息，那么多轮式机器人系统通讯拓扑图的邻接矩阵A对应第i行第j列参数a_ij为大于0的数值；如果所述个体轮式机器人i不可以获得所述邻居轮式机器人j传输的信息，则所述邻接矩阵对应位置的参数为0。所述多轮式机器人的系统拓扑图的所述Laplacian矩阵为其中

在本发明的一个实施例中，所述步骤C动态分布式控制器具有如下形式：

其中，u_i(t)，v_i(t)分别为控制器的输入与内部状态变量，p_i(t)为所述个体轮式机器人i的绝对位置信息，p_j(t)-p_i(t)为所述邻居轮式机器人的相对位置信息，M,N,V,H,S,R,L,K为所述动态分布式控制器相应维数的增益矩阵。所述增益矩阵参数确定过程主要包括一下两个步骤：