[发明专利]基于观测器的多移动机器人自适应编队跟踪控制方法

说明书

一种基于观测器的多移动机器人自适应编队跟踪控制方法，用于控制机器人系统中的多个移动机器人完全分布式自适应编队，所述多移动机器人自适应编队跟踪控制方法，包括：步骤A：创建移动机器人的动力学方程模型；步骤B：创建机器人的系统观测器模型；步骤C：设定要实现的多移动机器人编队向量；步骤D：确定多移动机器人编队控制的控制器；步骤E：用步骤D所确定的控制器实现多移动机器人自适应编队跟踪控制，以缓解当前多机器人系统运行中可能受某些物理条件限制，机器人系统状态信息不完全可测，以及领航机器人控制输入信息未知的情况，现有的集中式的控制方法具有很大的局限性，不适用于机器人数目较多的情况等技术问题。

技术领域

本公开涉及机器人及其控制领域，尤其涉及一种基于观测器的多移动机器人自适应编队跟踪控制方法。

背景技术

多机器人系统相较于单机器人具有更高效、更灵活、更好的鲁棒性等优势，多机器人编队是单机器人系统中的经典问题。多机器人编队控制主要是指多机器人在群体运动时能够克服环境障碍执行作业任务并保持着期望的几何队形，同时编队群体能够沿着一定轨迹或者路径运动。多机器人编队控制在军事、娱乐、生产等领域中有广泛的应用，比如联合侦查、合作搬运、协作救援、环境监测等民用及军事领域。编队控制方法通常包括基于行为的控制方法、基于领航者－跟随者的控制方法及基于虚拟结构的控制方法等。基于行为的控制方法是一种分布式的方法，主要是通过对机器人基本行为的控制和对局部控制规则的设计使得机器人群体产生所需要的整体行为；基于虚拟结构的方法是一种集中式的控制方法，机器人间形成一定的几何结构，该结构是一个刚性结构；基于领航者－跟随者的方法需要一个机器人作为领航者，跟随者以一定的间隔跟随领航者的位置与方向。多机器人系统的控制相对单机器人系统来说要更复杂，集中式的控制方法具有很大的局限性，不适用与机器人数目较多的情况。

多机器人编队分布式控制算法大多是在机器人状态完全可测的情况下，基于完全可测的状态信息，设计相应的编队控制算法；并且需要使用到通信拓扑图或拉普拉斯矩阵特征值这一全局信息，基于完全可测的状态信息，设计相应的编队控制算法。

目前已有的多机器人系统的控制相对单机器人系统来说要更复杂，集中式的控制方法具有很大的局限性，不适用于机器人数目较多的情况；当机器人的数目较多时，相应数据的计算量就变得很庞大，从而使得数据处理变得复杂。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于观测器的多移动机器人自适应编队跟踪控制方法，以缓解现有技术中多机器人系统运行中可能受某些物理条件限制，机器人系统状态信息不完全可测，以及领航机器人控制输入信息未知的情况，现有的集中式的控制方法具有很大的局限性，不适用于机器人数目较多的情况，还有相应数据的计算量庞大，从而使得数据处理变得复杂等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种基于观测器的多移动机器人自适应编队跟踪控制方法，用于控制机器人系统中的多个移动机器人完全分布式自适应编队，所述基于观测器的多移动机器人自适应编队跟踪控制方法，包括：步骤A：创建移动机器人的动力学方程模型；步骤B：创建机器人的系统观测器模型；步骤C：设定要实现的多移动机器人编队向量；步骤D：确定多移动机器人编队控制的控制器；以及步骤E：用步骤D所确定的控制器实现多移动机器人自适应编队跟踪控制。

在本公开实施例中，步骤A中，包含Q个同构移动机器人的多移动机器人系统中，其中Q≥3，每个机器人的动力学方程描述如下：

其中，p_i是机器人i在惯性坐标系下的位置，v_i是机器人i的速度，u_i是机器人i的控制输入，下标i的范围中1-N所代表的是编队跟随机器人，下标i为0，代表的编队的领航者，通过对领航者行为的设定来控制整个编队的行为。