[发明专利]一种基于三元素构型描述的群体自组装机器人构型方法

说明书

本发明公开了一种基于三元素构型描述方法的群体自组装机器人构型策略，步骤包括：1)输入目标拓扑关系；2)构造三元素构型数据；3)选择主、被动对接单体；4)规划被动部分导航信息；5)控制对接机构完成对接；6)更新单体的构型数据；7)构建新加入单体的构型数据；8)判断构型是否构建完成；9)输出最终构型。本发明采用三元素构型描述方法，结合其极坐标形式，通过上层的三元素构型数据与底层的极坐标构型数据结合，完成了一种基于正棱柱外形的群体自组装机器人的构型构建。该方法克服了现有构型策略的不足，具有数据量少，便于控制的优点，可应用于链式对接群体自组装机器人的阵型构建。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于三元素构型描述的群体自组装机器人构型方法。

背景技术

群体自组装机器人是可以自组装的群体机器人。通过群体协作、构型变换，具有强大的功能和发展潜力，有着诸多单体机器人不能比拟的优势。群体自组装机器人构型策略与机器人结构平台有密切联系。其中四棱柱和六棱柱形机器人具有构型灵活、运动功能强大的优点，被广泛研究。本发明针对一种链式对接的多棱柱形机器人进行了构型策略设计。

魏洪兴等人在中国专利“基于单目摄像头和LED的机器人对接定位和导航策略”(专利号：2011103998961)中，公开了一种具有分布式和自组装特征的群体飞行机器人。该方法采用广义邻接矩阵描述机器人构型，并进行自组装控制。但该方法存在的不足是，采用邻接矩阵描述机器人构型，数据量随着机器人规模呈指数增长，不适用于基于嵌入式控制系统的机器人，也不便于数据传输；同时，该方法没有应对复杂构型的构型策略。王田苗等人在期刊Self-Assembling for Swarm Modular Robots Using MIMO Fuzzy Control(Advances in Mechanical Engineering,2013,2013(Pt.2):598647-1-598647-10.)中，论述了一种具有完全自主移动能力的模块化自组装机器人。该方法使用有限状态机的方法控制自组装机器人导航对接。但是同样，该方法没有应对复杂构型的构型策略。因此有必要针对上述方法数据量大、不适用于复杂构型构建的问题，进行基于三元素构型描述方法的群体自组装机器人构型策略研究。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于三元素构型描述的群体自组装机器人构型方法，以便能减小数据量，应对复杂构型的构型策略。

本发明的技术方案是：一种基于三元素构型描述的群体自组装机器人构型方法，其特征是：至少包括如下步骤：

(1)输入目标拓扑关系

输入用户提供的目标拓扑关系，包括机器人单体外形、群体机器人单体的编号和各个机器人单体的相对位置；

(2)构造三元素构型数据

根据群体自组装机器人的拓扑关系构造三元素构型数据：

{ID_a,ID_b,A}

其中：ID_a为主动对接单体a的编号,ID_b为被动对接单体b的编号，A为被动对接面；

(3)选择主、被动对接单体

选定群体中一个机器人单体作为被动对接单体，依次完成以其为被动对接单体的数据对，即依次选择相关数据对中的主动对接单体；

(4)规划被动部分导航信息

根据被动对接单体的极坐标构型数据规划被动部分的导航信息，将计算得平均极角发布给被动对接部分的其他机器人单体，然后各个单体规划各自的导航信息；

(5)控制对接机构完成对接

主动对接单体靠近被动对接单体，并驱动对接机构完成对接；