[发明专利]受噪声污染的移动机器人系统及其协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种受噪声污染的移动机器人系统及其在混合交互环境下的协调控制方法。

背景技术

目前，由多个移动机器人组成的移动机器人系统的协调控制方法在实际问题中得到了越来越广泛的应用。这主要是由于越来越多的实际任务都比较复杂，往往单个移动机器人难以完成，而通过多个移动机器人之间的合作或竞争可以来完成。此外，通过多个移动机器人间的合作或竞争，可提高移动机器人系统在作业过程中的效率，进而当工作环境发生变化或移动机器人系统局部发生故障时，移动机器人系统仍可通过本身具有的合作或竞争关系来完成预定的任务。在现实任务中，对移动机器人系统环境的影响因素比较多，其所处环境多为混合交互的，即在任务执行中个体移动机器人之间可以是互相合作的，也可以是互相竞争的。然而，现有的技术是在混合交互不存在噪声干扰环境下实现的多个移动机器人的协调控制任务，但是在应用的过程中，由于外部条件的多变性，多移动机器人系统不可避免的遭受外部噪声干扰的影响。因此，需要一种既能够兼顾外部噪声污染的影响，又能够在混合交互的环境下协调控制多个移动机器人的方法。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明提出一种能够在混合交互且存在噪声污染的情况下实现移动机器人系统的位置双向一致性的方法。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种受噪声污染的移动机器人系统在混合交互环境下的协调控制方法，移动机器人系统包括多个个体移动机器人，方法包括以下步骤：获取每个个体移动机器人的位置以及每个个体移动机器人的邻居机器人的位置，并确定移动机器人系统的抗干扰性能参数；根据受噪声污染的移动机器人系统的混合交互环境确定移动机器人系统的加权邻接矩阵；根据移动机器人系统的抗干扰性能参数、移动机器人系统的加权邻接矩阵确定每个个体移动机器人的控制参数；根据每个个体移动机器人的位置、每个个体移动机器人的邻居机器人的位置、每个个体移动机器人的控制参数以及移动机器人系统的加权邻接矩阵控制每个个体移动机器人。

在本发明的一个实施例中，所述根据受噪声污染的移动机器人系统的混合交互环境确定所述移动机器人系统的加权邻接矩阵包括：如果第j个个体移动机器人和第i个个体移动机器人沿同一方向运行并且第i个个体移动机器人获得第j个个体移动机器人的位置信息，那么加权邻接矩阵的元素a_ij为1；如果第j个个体移动机器人和第i个个体移动机器人沿相反的方向运行并且第i个个体移动机器人获得第j个个体移动机器人的位置信息，那么加权邻接矩阵的元素a_ij为-1；如果第i个个体移动机器人未获得第j个个体移动机器人的位置信息，那么加权邻接矩阵的元素a_ij为0。

在本发明的一个实施例中，根据如下的矩阵不等式来确定控制参数k：

其中，I为n-1阶单位矩阵，n表示移动机器人系统中个体移动机器人的个数；B＝[0_n-1,E₁,E₂,…,E_n-1]^T_n×(n-1)，0_n-1表示由n-1个零组成的列向量，E_i,(i＝1,2,…,n-1)表示n-1阶单位矩阵I的第i行；D为对角矩阵，其对角元素为1或者-1；L为移动机器人系统的拉普拉斯矩阵，且其中A为加权邻接矩阵，N(i),i＝1,2,…,n表示机器人i的邻居机器人集合；F＝[1_n-1,-E₁,-E₂,…,-E_n-1]_(n-1)×n，1_n-1表示由n-1个1组成的列向量；P为正定对称矩阵；γ>0为移动机器人系统的抗干扰性能参数。

在本发明的一个实施例中，根据每个所述个体移动机器人的位置、每个个体移动机器人的控制参数、每个个体移动机器人的邻居机器人的位置以及所述移动机器人系统的加权邻接矩阵，通过以下的公式确定每个个体移动机器人的控制量：