[发明专利]基于输入受限式自激发驱动的多机器人协同控制方法

说明书

技术领域

本发明所涉及的是基于多SCARA机器人的多机器人组网协同控制领域，具体涉及一种基于输入受限式自激发驱动的多机器人协同控制方法，实现多机器人输入受限分布式协同自激发驱动L₁增益优化控制。

背景技术

工业机器人以其代替人类单调繁重的体力劳动，便于实现自动化提高生产效率等优点，而被广泛应用于工程机械、汽车制造等领域。这其中平面关节型SCARA(selectivecomplianceassemblyrobotarm)机器人，具有动作快、重复精度高、部件少、多种安装方式、基本免维修等优点，在工业现场得到了大量应用。伴随着研究的不断深入，针对多机器人协同作业的需求日益强烈，其可完成单个机器人体无法完成的功能，能极大增强机器人协同作业的效率，研究多个机器人的编队、组网、协同和控制具有极高的科学与应用价值。多机器人之间通过信息共享实现配合、协作，共同完成作业任务，对未来产业链的升级都具有深刻的意义。

在传统的多机器人、无人机等高机动协同作战平台进行信息交互时，通常采用基于时间驱动机制的闭环控制，即需要每一个智能体的反馈通道与前向通道，智能体与智能体之间信息交换时，都需要进行周期性采样。该方法的优点是可以持续观测系统内部状态，但是需要执行器和反馈回路进行持续不断的反馈。而自激发驱动机制下的控制是指只有当系统状态满足一定条件时控制器才会启动发挥其作用，不需要进行周期性的采样。而即使在事件驱动激发驱动机制下，仍然要求精密的硬件设备在全过程中监控被控对象的误差。但工程实现时的多种协同控制背景下，上述策略所要求的设备并不具备这一条件。而自激发驱动机制则能有效避免这一问题，其主要思想是控制器下一更新的时刻值在上一个运算周期就提前计算出来，而不需要持续监测测量误差来触发更新时刻。自激发驱动控制机制是针对传统时间驱动机制无法满足大规模数据交换提出的，可有效解决数据传输系统中的延时、丢包和拥堵等现象，节省计算资源、通信带宽、大大提高系统通信效率和可靠性。由于自激发驱动机制这一显著优点，其研究得到学术界和国外军事部门普遍关注和深入研究。

多机器人协同控制系统因其具有速度快、数据交换量大、容易延时丢包和工作环境复杂等特点，其建模、控制和调节等问题成为学术界和工业界的研究热点问题。但是目前在机器人控制系统中各种驱动机制中，通常并未考虑输入受限等非线性环节。输入受限系统自激发驱动控制指的是针对输入或状态受限的被控对象采取自激发驱动的方式进行协同、规划与控制，且利用合适的控制策略来处理输入或状态受限的非线性约束，用以减小输入受限系统的运算负担，提高通信效率，使数据交换量较大的多机器人系统具备传统控制系统无法达成的能力。

自上世纪九十年代以来，随着网络理论、通信技术、控制科学和工程技术的快速发展，迫切需要解决受限多机器人控制系统的镇定和控制问题。在该类系统中，传统的基于时间驱动的控制方法往往因为计算量庞大，且需要用到所有时刻的历史信息进行迭代而面临诸多瓶颈，而采用事件驱动和自激发驱动的方式可以提高多智能体的整体效能，节省系统的通信成本，提高系统的动态性能，使控制系统具有良好的控制品质。自激发驱动与事件驱动和基于事件或非时间参考量的规划与控制方法最早由美国密西根州立大学的席宁于1993年在其博士论文里首次提出的一种新型控制策略。《分布式网络化监测和控制系统的事件触发采样优化准则》(Theevent-triggeredsamplingoptimizationcriterionfordistributednetworkedmonitoringandcontrolsystems)一文中，提出基于事件驱动和自激发驱动的控制方法在大时延网络控制系统控制中，能获得比基于时间驱动的控制方法更为可靠、更优良的控制效果,避免时延问题造成的系统性能下降，因而近5年来，受到较多的关注和研究。自激发驱动与事件驱动对单个和多个智能体的控制与调节问题也已经出现相关结论，但是截止目前，自激发驱动与事件驱动机制引入多机器人系统后，对于输入受限系统的影响目前暂无明确的结果，依然为一个开放性的课题。