[发明专利]一种基于蓝牙通信的多机器人编队控制路径跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多机器人的路径跟踪方法，尤其涉及一种基于蓝牙通信的多机器人编队控制的路径跟踪方法。

背景技术

多机器人技术作为机器人技术领域的一个重要分支，近十几年发展非常迅猛，主要是因为与单机器人系统相比，它能更出色地完成任务，同时节省成本。多机器人技术中，编队控制，通信调度以及路径跟踪等领域都成为热点研究对象，对于提升多机器人协同作业的效率有重要意义。

特别地，随着路径跟踪和编队控制以及通信协议的进一步发展，将编队控制和路径跟踪结合起来，进行目标跟踪或协同运作，已经打破以前仿真结果良好，实际效果较差的局面。对于多机器人编队控制路径跟踪系统的实现问题，随着计算机性能的不断提升，采用集中式的控制方法，减轻现场作业智能体的负荷，并且稳定性也可以得到一定保证。集中控制多机器人路径跟踪一般由四部分组成，上位机，多智能体，位置捕捉系统，通信系统；其中通信系统一般采用无线传感器网络相关领域的成熟协议，如蓝牙，ZigBee等，位置捕捉系统可采用GPS自定位，也可采用位置估计等方法，上位机负责多智能体的调度和控制，各个智能体目标则在于完成特定任务。

传统的目标跟踪往往是单机器人的目标跟踪。由于单机器人一般会存在视觉范围有限，运动自由度较低等特点，若跟踪目标变化过快，或存在某些干扰等，可能会出现跟踪失误，甚至失去跟踪目标等现象。为了提高跟踪的鲁棒性，将单机器人跟踪适当改为多机器人协同跟踪，以一定的编队控制算法控制系统的队形，如虚拟结构法可将跟踪目标设为结构中心，则将大大提高跟踪的鲁棒性和准确性，改善单机器人跟踪的不足。

目前，多机器人路径跟踪方法有所发展，但仍存在不足。如跟踪精度有限，初始误差较大，可移植性不强,稳定性较差等。在该方面的代表算法有两种，一是二次曲线算法，二是实时路径跟踪算法。二次曲线算法将路径跟踪问题转化为离散参考点的跟踪问题，通过逐次调整参考点，以一定的方式跟踪参考点达到路径跟踪的目的。其核心问题在于参考点的移动速度选取，及参考点与机器人距离的选择问题，该问题是制约该算法实际运用的主要问题，若距离选取过大，则跟踪精度较差；若距离选取过小，则机器人移动速度较慢，且抖振现象严重。实时路径跟踪算法在一定程度上弥补了二次曲线跟踪算法，但其核心问题在于不能跟踪直线，因此也限制了其向实际应用的转化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于蓝牙通信的多机器人编队控制路径跟踪方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于蓝牙通信的多机器人编队控制路径跟踪方法，该方法由跟踪系统实现，所述跟踪系统包括：若干个双轮差速驱动机器人、iSpace位置捕捉系统、上位机和蓝牙通信模块；其中，所述双轮差速驱动机器人置于由6个摄像头组成的覆盖整个机器人运动平台的iSpace位置捕捉系统上，iSpace位置捕捉系统通过电缆线与上位机相连，蓝牙通信模块与上位机相连，双轮差速驱动机器人通过蓝牙通信模块与上位机进行蓝牙通信；该方法包括以下步骤：

（1）搭建实验平台：机器人的初始位置和姿态要求按照既定的几何图形摆放于iSpace位置捕捉系统的实验平台上。启动机器人和上位机后，机器人和上位机通过蓝牙模块相互连接并进行通讯。摄像头以每秒50帧的速率将捕捉到的各机器人位置姿态帧数据发送给上位机。

（2）上位机收到数据帧后对其进行解析，保存每个机器人的位置和姿态信息。

（3）根据预定的跟踪轨迹，结合前述步骤2所得的位置和姿态信息计算出多机器人构成的几何中心的位置，角度，移动线速度和角速度，以(x_c,y_c)表示几何中心的参考位置，θ_c表示几何中心的参考角度，(v_r,ω_r)表示其中心的参考线速度和角速度。在驱动轮的作用下，机器人会以一定的线速度v和角速度ω行驶，假定机器人轮子半径为r，两轮之间的距离为w，其与左右轮转速(ω_l,w_r)之间的关系为：