[发明专利]基于Ad-Hoc网络和leader-follower算法的多机器人编队方法

权利要求书

1.一种基于Ad Hoc网络和leader-follower算法的多机器人编队方法，其特征在于，所述方法是在多机器人组成的群体中，一个或多个机器人被指定为领航者leader，其余机器人作为跟随者follower，在leader-follower算法基础上利用人工势场法进行避障处理，由followers以一定的距离跟踪leader的位置和方向，使其达到预先设定的值，从而控制follower跟踪leader的轨迹以实现队形控制，并引入Ad Hoc网络在leader与follower之间建立信息反馈；所述方法分以下几步：

首先建立leader的运动学模型，以leader为参考点，来确定其他follower的位置，由斥力与引力合力确定leader运动方向；所述建立leader的运动学模型是采用                                               控制方法来保持队形，即通过控制两个机器人之间的相对距离和相对角度，使之达到一个恒定值（），从而形成和保持一个良好的编队队形；

然后采用人工势场法建立follower跟踪leader运动模型，其基本思想是构造目标位置引力场和障碍物周围斥力场共同作用的人工势场，搜索势函数的下降方向来寻找无碰撞路径，follower根据一定的距离与角度跟踪leader，根据运动模型确定follower运动轨迹；

最后在leader与follower之间引入Ad Hoc网络，在编队过程中，将隐式通信与显示通信相结合，建立信息反馈，确保follower对leader的跟踪过程无丢失。

2.根据权利要求1所述的多机器人编队方法，其特征在于，所述建立leader的运动学模型的步骤为，在环境空间中，建立势场：设势场函数为，目标点产生吸引力为，障碍物产生斥力为，leader所受到的合力为目标点对机器人的引力及障碍物对它的斥力之和，即，合力决定了机器人的运动方向。

3.根据权利要求2所述的多机器人编队方法，其特征在于，采用人工势场法建立follower跟踪leader运动模型是以leader-follower的方法建立全局队形，内部各自按照自己的方式建立模型，形成一个统一的整体；其是当多机器人队形编好后，根据leader和离leader最远的一个follower的距离确定一个圆形区域，即以leader机器人为中心为半径的圆形区域，即避障区域；当障碍物在避障区域以外的时，整个机器人队伍中的成员将不会与障碍物发生碰撞，则障碍物不对领航机器人产生斥力；当障碍物在避障区域之内时，表示整个队伍不能顺利通过障碍物，障碍物对领航机器人产生斥力；其具体实现过程如下：

机器人robot1，即领航机器人在运动过程中受到的总的势场力是由目标点引力和避障区域内障碍物产生的斥力两部分组成；计算目标引力，为目标位置，代表机器人位置，代表机器人与目标之间的距离，则目标产生的引力势场和相应的目标引力为为

                           （1）

                        （2）

                   （3）

其中为正比例因子；

障碍物Obstacle1对它产生斥力，障碍物Obstacle2对机器人产生的斥力为零，，表示在避障区域内的第个障碍物的位置，表示区域内第个障碍物和机器人之间的距离，则斥力的势场函数为：

  （4）

其中是正比例因子，因此相应的斥力函数为：

（5）

                               （6）

领航机器人在避障区域内绕开障碍物，保证整个机器人队伍在避开障碍物的情况下，向目标位置前进。

4.根据权利要求1所述的多机器人编队方法，其特征在于，在建立leader的运动学模型的步骤中，使两个机器人保持一定的队形，控制的需要达到的最终目标为：,其中为预先设定的两机器人之间的保持一定队形需要达到的距离与角度；在控制方法中，只要给定参考机器人的角速度、速度、位置和航向，该机器人就可以在保证向着与参考机器人相对距离为和相对方向为的位置移动，实现队形的保持，达到最终目标，并不需要刻意的注意，但是存在一定的缺陷，没有涉及到避障的问题，对动态环境适应力不强，所以引入下一步的人工势场法进行改进。