[发明专利]基于多智能体理论的搜救机器人系统运动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能控制领域，涉及多智能体搜救机器人系统，具体涉及一种基于多智能体理论的搜救机器人系统运动控制方法。

背景技术

多智能体系统(Multi-Agent System)是多个智能体组成的集合，它们共同组成一个将大而复杂的系统建设成小的、便于通信协调管理的控制系统。多智能体系统的研究涉及到智能体的知识、目标、技能、规划和如何使智能体采取协调行动解决问题等。学者们主要对智能体之间的交互通信、协调合作和冲突消解等进行研究。多智能体系统强调智能体之间的紧密合作，而非单个智能体的自治和功能发挥。由于智能体体现了人类社会或者自然界中的生物群体的自治性和适应性，因此多智能体系统具有很强的群体性。随着研究的深入，很多学者已经将MAS的相关技术应用到电子商务、交通控制、分布式智能决策、多机器人系统、智能电网、军事和网络化的办公自动化等诸多领域中。

在MAS中，智能体如何在复杂的条件下相互协调，共同完成任务成为重要的基础。多智能体技术提供了一种适合分布式计算和不确定问题求解的新方法，这是因为多智能体系统放松了对集中式规划、顺序控制的限制，提供了分散控制、应急和并行处理的能力，它是一个高度交叉的研究领域。

在多智能体分布式协调合作控制问题中，一致性(consensus)作为多智能体之间合作协调控制的基础，它对于多智能体系统具有重要的现实意义和理论价值。一致性是指多智能体系统的各个智能体随着时间的变化趋于某一个状态。一致性协议是智能体之间相互作用、信息交互的规则，它描述了每个智能体和其余一部分智能体之间的信息交互过程，通常智能体和其相邻的智能体之间有信息交互。

状态信息表示智能体节点进行协调控制所需要的信息，可以是速度、位置、角度或决策量等信息。对于多智能体系统中的智能体节点i，它的状态可以表示为z_i(t)＝u_i，若智能体系统最终能够达到一致性，那么它的状态可以表示为||z_i(t)-z_j(t)||→0,且t→∞。

编队控制是当前多智能体系统研究的热点问题，它指多智能体组成的团体在向特定目标或者方向运动的过程中，相互之间保持预定的几何形态(即队形)，同时又要适应环境约束(如避开障碍物)的控制问题。一般而言，编队控制借助智能体间的局部交互实现多智能体系统的群体行为，从而解决全局性的任务。

多智能体理论研究的成果已经有很多了，特别是一致性的理论研究，而运用于实际的多智能体系统却不多，实际运用多智能体理论将大大提高搜救机器人的自动性、协同性和可控性。

在灾难救援中使用搜救机器人有如下优点：①可以连续执行艰难的搜索救援任务，如深入危险地带拍摄资料供研究人员分析查找，而不会像人一样感到疲倦；②可以进入那些人和搜救犬无法进入的危险地带，且引起建筑物二次坍塌的可能性较小；③不怕火焰、浓烟等危险和有害因素的干扰。

目前机器人搜救工作大多集中于单个机器人的研究，而单个机器人适用于小规模的搜救。当发生地震、森林火灾等大规模自然灾害需要搜救时，单个机器人的作用将减小。运用于大规模、高效率机器人群的搜救技术还不是很全面，特别是搜救机器人群的群体行为控制还比较匮乏。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于多智能体理论的搜救机器人系统运动控制方法，先由一个领导者机器人和多个跟随者机器人组成队形，然后进入区域A；具体搜索过程先由领导者机器人探索区域A的部分区域，如果没有被搜索过，留下一个跟随者机器人G1探索区域A，领导者机器人带领剩余跟随者机器人继续探索下一区域，直达探索完整个目标区域；跟随者机器人G1搜索完成区域A后找到领导者机器人，并跟随它。

本发明的具体步骤如下：

步骤一、把搜救机器人群带到待搜索区域外，启动每个搜救机器人的直流电源，准备进入待搜索区域进行搜救。

步骤二、启动手持设备，领导者机器人与手持设备之间通过Zigbee模块建立通信，同时搜救机器人群的无线网络自动建立，搜救机器人群之间的信息交流通过给定的多智能体输出协议进行。所述的手持设备是领导者机器人的控制界面；所述的多智能体输出协议是：