[发明专利]一种仿萤火虫同步发光群体机器人及其同步发光方法

说明书

本发明公开了一种仿萤火虫同步发光群体机器人及其同步发光方法该群体机器人至少由2个单体机器人个体组成，所述单体机器人包括外壳、控制器模块和摄像头传感器及发光模块，单体机器人开启后，每个单体机器人记录一个与时间成线性变化的相位，当相位达到发光相位时，单体机器人发出一个脉冲光信号，之后单体机器人进入下一个发光周期，通过在上一个发光周期过程中记录的其他单体机器人发光时的自身相位，来调整本单体机器人本身的初始相位，这样经过多个发光周期后，多个单体机器人的发光周期趋于同步，最终达到所有单体机器人同步发光。本发明每个单体机器人是一个独立的个体，可以任何组合，智能化程度高，成本低，可扩展性强，鲁棒性好。

技术领域

本发明涉及一种同步发光群体机器人，具体涉及一种仿萤火虫同步发光群体机器人及其同步发光方法。

背景技术

通过认识自然界社会性生物的群体自组织行为，人们展开了群体机器人的研究和应用。在自然界中，每到夏日的夜晚，在一定范围内的所有萤火虫都保持一定的频率同步发光，这种同步现象从无机到有机组织，再到人类社会活动广泛存在，例如周期起搏细胞中的神经元网络；心脏同步起博系统；蟋蟀的同步叫声；无任何指挥下大礼堂内人群的掌声会自发一致等。群体机器人通过彼此协同在非结构化复杂多变的环境中执行任务时拥有强大的功能扩展性、灵活性、适应性和鲁棒性，能够完成单个或者多个单体机器人组合在一起无法完成的任务，对群体机器人研究和应用的突破能够带来机器人领域革命性的飞跃。

目前对同步发光群体机器人的研究国内外都处于初级阶段。

国内主要对于频率同步算法有少量的理论研究，几乎没有制作好的同步发光群体机器人实体公开。如中国专利201611118507.2介绍的“一种新型采样频率同步算法”。

国外这方面的研究起步较早，技术更成熟，现在已有成品的同步发光机器人存在。但它们大都是基于无线传感器网络(WSN)的，WSN可以依靠网络中不同位置的多个传感器，进行全方位测量，将测量的数据融合，之后通过人机交互或节点之间的逐级通讯，从而逐渐实现同步。这种节点无法与时间基准直接同步的方法，必然导致同步精度随着节点离时间基准的距离的增加而增加。例如，美国Harvard University的Self-Organizing SystemsResearch Group制作的群体机器人，日本Future University Hakodate制作的FireflyRobots等。但这些成品的同步发光机器人普遍存在着造价昂贵、结构复杂、可扩展性差以及一致性不稳定的问题。

发明内容

为了克服现有的同步发光群体机器人的缺点，本发明提供了一种基于视觉感知的仿萤火虫同步发光群体机器人。该同步发光群体机器人至少由2个单体机器人组成，依靠摄像头传感器识别周围单体机器人的状态，并据此调整自身的发光状态；每个单体机器人单体都是一个完整独立的个体，智能化程度高，成本低，体积小，可扩展性强，观赏性高，鲁棒性好。每个单体机器人的结构与执行的程序都完全相同。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：

一种仿萤火虫同步发光群体机器人，由至少两个单体机器人组成，其特征在于：所述单体机器人包括外壳、控制器模块和安装在外壳内的摄像头传感器及发光模块，多个单体机器人摆放在一定范围内，保证每个单体机器人的摄像头传感器的视觉范围至少能观测到一个其他单体机器人的发光状态，每个单体机器人在一个发光周期内能识别其视觉范围内的其他单体机器人的数量不超过10个，单体机器人发光模式为：单体机器人开启后，每个单体机器人记录一个与时间成线性变化的相位，当相位从初始相位达到发光相位时，控制器模块控制发光模块发出一个脉冲光信号，同时该相位复位到初始相位进入下一个发光周期，单体机器人如此周期性发出光信号；所述控制器模块通过摄像头传感器记录的其他单体机器人的发光状态，来调整本单体机器人本身的发光状态来使多个单体机器人的发光周期趋于同步，最终达到所有单体机器人同步发光。

作为改进，所述控制器模块调整本单体机器人发光状态的具体方法为：