[发明专利]一种改善Llyod算法平衡性的覆盖控制方法

说明书

本公开的改善Llyod算法平衡性的覆盖控制方法，根据多个机器人的位置和所述多个机器人所覆盖的区域生成维诺图；根据所述机器人所在维诺图的面积和中心，通过与相邻机器人进行通信计算所述机器人的控制率；循环执行步骤S1和步骤S2，计算所述多个机器人的控制率，利用所述多个机器人的控制率改善Llyod算法平衡性，进而实现对所述多个机器人的覆盖控制。通过将维诺图中各细胞的面积的方差的负梯度引入控制器，对Llyod算法进行了改进。在不提高代价函数的情况下，大幅度降低了当算法收敛时维诺图中各细胞面积的方差，改善了Llyod算法的平衡性。

技术领域

本发明涉及多智能体控制技术领域，特别涉及一种改善Llyod算法平衡性的覆盖控制方法。

背景技术

多机器人系统由大量小型且简单的具有自主决策能力的机器人组成，每个机器人的通信/传感能力和计算资源均十分有限。多机器人系统因其良好的鲁棒性，灵活性和可扩展性，在理论研究和工程应用中具有广阔的前景。多机器人系统具有许多应用，例如工业生产，航空航天和军事领域。覆盖控制是多机器人系统最活跃的研究领域之一，其主要思想是通过最小化代价函数来控制系统在环境中的最优分布。Llyod算法是覆盖控制中的常用方法，机器人不停前往自己所属维诺图细胞的中心，从而不断降低代价函数的值。机器人需要对其所属的维诺图细胞负责，然而Llyod算法存在不平衡的问题，最终生成的维诺图中各细胞的面积有时会有较大的差异，这就导致系统中各个机器人的负载不一致，不利于系统的长时间运行。因此，降低Llyod算法生成维诺图的细胞面积的方差，提高Llyod算法的平衡性是非常重要的。

发明内容

本发明提供一种改善Llyod算法平衡性的覆盖控制方法，针对Llyod算法中存在的不平衡的问题，通过将维诺图中各细胞的面积的方差的负梯度引入控制器，对Llyod算法进行了改进。在不提高代价函数的情况下，大幅度降低了当算法收敛时维诺图中各细胞面积的方差，改善了Llyod算法的平衡性。

根据本公开的一方面，提出了一种改善Llyod算法平衡性的覆盖控制方法，所述方法包括：

S1：根据多个机器人的位置和所述多个机器人所覆盖的区域生成维诺图；

S2：根据所述机器人所在维诺图的面积和中心，通过与相邻机器人进行通信计算所述机器人的控制率；

S3：循环执行步骤S1和步骤S2，计算所述多个机器人的控制率，利用所述多个机器人的控制率改善Llyod算法平衡性，进而实现对所述多个机器人的覆盖控制。

在一种可能的实现方式中，所述维诺图中的任意一点到其所述细胞中的基点的距离小于等于其到其它细胞基点的距离。

在一种可能的实现方式中，所述控制率：

其中，p_i为机器人的位置，k,α为系数，S_i和c_i分别为机器人所在细胞的面积和中心，为机器人i的邻居集。l_ij为细胞V_i和V_j边界处的维诺边的长度，和分别为维诺边上端点和下端点到机器人i和j的连线的距离，d_ij为机器人i与j的距离，R_θ为旋转矩阵，

本公开的改善Llyod算法平衡性的覆盖控制方法，根据多个机器人的位置和所述多个机器人所覆盖的区域生成维诺图；根据所述机器人所在维诺图的面积和中心，通过与相邻机器人进行通信计算所述机器人的控制率；循环执行步骤S1和步骤S2，计算所述多个机器人的控制率，利用所述多个机器人的控制率改善Llyod算法平衡性，进而实现对所述多个机器人的覆盖控制。通过将维诺图中各细胞的面积的方差的负梯度引入控制器，对Llyod算法进行了改进。在不提高代价函数的情况下，大幅度降低了当算法收敛时维诺图中各细胞面积的方差，改善了Llyod算法的平衡性。

附图说明