[发明专利]多机器人编队的改进自适应零空间行为融合方法

说明书

本发明属于移动机器人编队运动规划领域，具体涉及一种多机器人编队的改进自适应零空间行为融合方法，包括以下步骤：将机器人的编队运动过程分解成3种运动行为：奔向目标点、避障、编队；确定3种运动行为的执行顺序，其优先级顺序为为避障、奔向目标点、编队；建立每一行为的运动模型；根据机器人运动信息求解行为运动模型；本发明的方法是在传统的零空间行为融合方法基础上，在避障行为中提出了一种逻辑优先的机器人间障碍物选定策略，有效避免了在两个机器人互为障碍物时，复选产生“越避越远”偏离任务路线的现象，提高了多机器人编队任务效率，有利于编队队形保持，在运动规划上具有显著进步。

技术领域

本发明属于移动机器人编队运动规划领域，具体涉及一种多机器人编队的改进自适应零空间行为融合方法。

背景技术

机器人的应用已经越来越广泛，几乎渗透到了科学发展的各个领域，而多移动机器人的成本低、鲁棒性强、完成任务好的特点使得多移动机器人受到了越来越多的关注。近年来，多移动机器人的协调问题已成为一个新兴的研究热点。机器人编队控制，是指多个机器人在到达目的地的过程中，保持某种队形，同时又要适应环境约束(例如存在障碍物和空间的物理限制等)的控制技术。多机器人编队问题是一个典型的多机器人协同控制问题，是多机器人中最重要也是最基本的问题，值得深入细致的研究。

为解决多机器人编队问题，常采用2种思想：集中式编队控制、分布式编队控制。相比于集中式方法，分布式因其可靠性高、开放性强、灵活性强，而成为对机器人集群编队的研究热点。零空间行为融合理论是解决分布式编队控制问题的一种典型方法。

姚红等人发表的论文《Null-Space-BasedCoordinated ControlofSpacecraftFormation》把零空间行为融合(Null-Space-Based，NSB)方法应用于航天器编队的协同控制，以解决整体移动、整体聚散，构形变换以及碰撞规避等问题。邬林波发表的论文《基于NSB方法的多机器人编队控制》，采用了基于零空间行为融合的编队控制方法，将其应用到分布式的多足求机器人环境中来，从二维T(x,y)的空间推导到了三维T(x,y,θ)空间中，最后通过仿真实验，探讨了该方法在分布式环境中的应用。范佳佳等人公开的发明专利《一种多机器人编队的自适应零空间行为融合方法》，在传统零空间行为融合的方法上引入具有实际意义的变量以代替增益系数重新定义奔向目标和避障两种行为，使得运动规划具有自适应性。

上述方法是基于传统零空间行为融合方法进行编队控制，在应用中由于其增益系数是常量系数(无明确物理意义)，又受到机器人运动因素(速度、起始点与终点)约束，导致在每一工况下其值都需要重新进行选择调试，缺乏自适应性，不利于工程应用。而且在利用传统零空间行为融合编队控制方法时，因为在每一固定工况下增益系数为一常数，在规划过程中会产生“饱和规划”现象，即所规划出的期望速度高于机器人实际速度极限(超过其机动能力)，任务误执行也会伴随着这种现象的产生而发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多机器人编队的自适应零空间行为融合方法，在传统零空间行为融合方法基础上，引入具有实际意义的变量系数(机器人可达到最大速度、终点坐标、当前定位坐标)来重新定义行为运动模型，使得求解出来的速度不受工况环境改变而改变，具有自适应性，可以同时兼顾效率与性能。

多机器人编队的改进自适应零空间行为融合方法，包括以下步骤：

(1)将机器人的编队运动过程分解成3种运动行为：奔向目标点、避障、编队；

(2)确定3种运动行为的执行顺序，其优先级顺序为为避障、奔向目标点、编队；

(3)建立每一行为的运动模型；

(4)根据机器人运动信息求解行为运动模型；

(5)根据逻辑优先避障策略选择障碍物；

(6)基于零空间数学方法对3种运动模型进行融合，继而求出最终的速度和方向；