[发明专利]一种分布式的多机器人包含避碰控制方法

权利要求书

1.一种分布式的多机器人包含避碰控制方法，其特征在于，所述方法将多机器人网络同图论相结合，并应用可控性理论及二分图最大匹配算法确定有向网络中的领导者跟随者集合；领导者集合确定后，当领导者静止时，根据领导者机器人与跟随者机器人之间的作用力关系及控制参数，引入势能函数实现避碰，设计出机器人领导者静态时的包含避碰控制率；当领导者运动时，针对局部信息可知的情况，即部分跟随者对领导者速度不可知，为跟随者设计幂次估计器实现对领导者的速度估计，进而根据移动机器人的运动特性和控制参数，设计多个机器人领导者动态时的包含避碰控制率；

所述方法包括以下步骤：

(1)针对有向网络中各机器人之间的通信关系，应用可控性理论确定网络中的领导者与跟随者集合；

(2)当领导者静态时，由领导者与邻居机器人之间的通信关系，设计跟随者机器人的位置控制算子；

(3)在跟随者位置控制算子的基础上引入势能函数，确保跟随者机器人在运动过程中互相之间能够实现避碰，形成领导者静态时的包含避碰控制率；

(4)当领导者动态时，由领导者与邻居机器人之间的通信关系，设计跟随者机器人的位置控制算子；

(5)针对局部信息可知时，即网络拓扑中存在部分跟随者对领导者速度不可知的情况，为跟随者机器人制定的控制策略中引入幂次估计器，来估计领导者机器人的速度，确定跟随者机器人的速度控制算子；

(6)最后将机器人的位置控制算子和方向控制算子加权集成，并引入势能函数确保运动过程中个体之间互相避碰，形成动态机器人的分布式包含避碰控制率。

2.根据权利要求1所述的一种分布式的多机器人包含避碰控制方法，其特征在于，所述确定领导者与跟随者集合的方法为：

(1)应用图论的方法表示网络中机器人之间的通信关系，并将有向图G(A)转换为二分图H(A)表示：

其中把多机器人系统视为由N个节点组成的有向网络G，N×N矩阵A＝{a_ij|i,j∈[1,N]}表示网络中节点的邻接关系，如果节点i能够接受到j的信息，有a_ij＞0；转化后的二分图其中分别表示状态矩阵A的各列与各行的节点集合，Γ＝{(x_i,x_j)|a_ij≠0}表示边集；

(2)根据二分图最大匹配算法，求得网络中的匹配节点与非匹配节点集合，对于一个非匹配节点数不为0的网络，驱动节点数即为非匹配节点数；

(3)将机器人网络中的驱动节点视为领导者，其它节点为跟随者。