[发明专利]一种前向轮式机器人群组分时抵达的协调控制方法

说明书

本发明公开了一种前向轮式机器人群组分时抵达目标位置的协调控制方法，包括：构建轮式机器人与目标位置的相对运动学模型；利用非光滑控制构建轮式机器人垂直于视线方向的加速度分量控制；根据机器人群组抵达目标的情况以及群组中机器人信息交互的通信拓扑，各机器人选择基于非自治控制或是基于信息交互的方案确定沿视线方向的加速度分量控制；根据沿视线和垂直于视线方向的加速度分量控制转化为轮式机器人的加速度与角加速度控制。所设计的控制方法实现前向轮式机器人群组按照指定的抵达顺序、抵达时刻和抵达间隔到达目标地点。

技术领域：

本发明涉及多智能体控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种前向轮式机器人群组分时抵达目标位置的协调控制方法。

背景技术：

基于信息交互协同实现多智能体或机器人群组趋同或编队的方法，国内外已经取得相关研究成果。随着群体智能技术深入发展，人们愈发地关注时间敏感型任务，它们以时间作为约束条件，很难通过自治控制的手段完成。例如分批排序问题中各个原材料需要依次序和一定时间间隔到达生产车间；交通问题中车辆需依次序通过狭窄的桥梁。这些任务由于终端处理能力的限制，导致各智能体需严格按照指定顺序和指定的时间间隔抵达目的地。

现阶段有关轮式机器人群组分时抵达协调控制方法的文献较少，而时间敏感型任务的研究主要集中在导弹饱和攻击问题，主要通过让各导弹的弹目距离趋同来实现同时命中目标，如现有技术[1](参见Jialing Zhou,YuezuLü,Zhongkui Li andJianyingYang.Cooperative Guidance Law Design for Simultaneous Attack with MultipleMissiles Against a Maneuvering Target[J].Journal of Systems Science andComplexity,2018,31:287–301.)；或以估计预计命中的时间作为输出实现输出一致，如现有技术[2](参见JialingZhou and JianyingYang.Distributed Guidance Law Designfor Cooperative Simultaneous Attacks with Multiple Missiles[J].Journal ofGuidance,Control,and Dynamics,2016,39(10):2439-2447.)。值得注意的是，以上研究只能实现多运动体同时到达目标位置，分时到达目标位置仍有待解决。以外，以上研究以导弹攻击为背景，对导弹到达目标位置时的速度大小不存在约束要求；而轮式机器人分时抵达目标任务则要求机器人抵达目标位置时，速度减为零。

分批排序任务、流水线任务等问题的研究对象大多是轮式机器人，而前向轮式机器人要求机器人在运动过程中不可后退、静止时速度方向不可改变等，这大大降低了机器人的性能要求，以前向轮式机器人为对象的分时抵达协调控制问题具有较好的研究意义。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种前向轮式机器人群组分时抵达目标位置的协调控制方法，给定抵达时间和各机器人抵达时刻间隔，可让机器人群组按照要求分时抵达目标位置。该控制方法具有鲁棒性，可满足状态饱和等约束条件。

本发明的具体技术方案如下：

(1)构建轮式机器人与抵达目标相对位置关系的运动学模型。

(2)根据步骤(1)中的运动学模型，利用非光滑控制构建垂直于视线方向的加速度分量控制，使得群组中各轮式机器人垂直于视线方向的速度可在有限时间内收敛到零。

(3)根据步骤(1)中的运动学模型及给定的抵达时刻，利用非自治控制建立沿着视线方向的加速度控制方案。

(4)根据步骤(1)中的运动学模型及机器人间的通信网络，建立沿着视线方向的加速度控制方案。