[发明专利]一种分布式群体机器人的自主避障蜂拥控制方法

权利要求书

1.一种分布式群体机器人的自主避障蜂拥控制方法，其特征是包括如下步骤：

(1)初始化参数：障碍物的位置和半径，智能机器人α和障碍物之间的安全距离，智能机器人α的总数目和智能机器人α的感知半径，智能机器人α和移动目标机器人的初始位置和速度；

(2)依据向量的“三角形法则”计算智能机器人α在当前时刻障碍物边缘上相应的虚拟智能机器人β的位置和速度；

(3)当智能机器人α靠近障碍物时，设计智能机器人α和虚拟智能机器人β之间的位置算子和速度算子：子控制协议Ⅰ，实现智能机器人α的自主避障；

(4)设计智能机器人α与其邻居智能机器人α之间的位置算子和速度算子：子控制协议Ⅱ，实现它们之间的分离和聚合；

(5)设计智能机器人α与移动目标机器人之间的位置算子和速度算子：子控制协议Ⅲ，实现对移动目标机器人的追踪；

(6)结合智能机器人α的三个子控制协议，群体智能机器人绕过障碍物，协同完成移动目标机器人的追踪任务；

步骤(2)所述的智能机器人α在当前时刻障碍物边缘上相应的虚拟智能机器人β位置和速度的确定如下：

(1)通过矩阵论的范数||p_i-p_ob,h||确定第i个智能机器人α和障碍物O_h的间距，其中p_i表示第i个智能体机器人α的位置，p_ob,h表示障碍物O_h,h∈{1,2,…m}的位置；

(2)若||p_i-p_ob,h||(d_s+r_ob,h)，d_s是第i个智能机器人α和障碍物O_h之间的安全距离，r_ob,h表示障碍物O_h的半径，则障碍物O_h边缘上存在虚拟智能机器人β，它位于第i个智能机器人α和障碍物O_h中心连线与其边缘交叉点处，速度方向与该交叉点的切线的正方向一致；

(3)依据向量的“三角形法则”计算虚拟智能机器人β的位置和速度其中分别表示第i个智能体机器人α和障碍物O_h到坐标原点的位置向量，r_ob,h表示障碍物O_h的半径，这里

步骤(3)所述的智能机器人α和虚拟智能机器人β之间的位置算子和速度算子：子控制协议Ⅰ的设计：

(1)移动目标机器人和智能机器人α的动力学方程分别为其中p_r,v_r,u_r分别为移动目标机器人的位置、速度和控制输入量，p_i,v_i,u_i分别表示第i个智能机器人α的位置、速度和控制输入量；

(2)第i个智能机器人α子控制协议Ⅰ设计为

其中是第i个智能机器人α的邻居虚拟智能机器人β的集合，是作用力函数，c₁₁0,c₁₂0；

步骤(4)所述的智能机器人α与其邻居智能机器人α之间的位置算子和速度算子，即智能机器人α子控制协议Ⅱ的设计：

第i个智能机器人α子控制协议Ⅱ设计为

其中是第i个智能机器人α的邻居智能机器人α的集合，是作用力函数，c₂₁0,c₂₂0；

步骤(5)所述的结合智能机器人α的三个子控制协议，第i个智能机器人α控制输入量的设计：

(1)智能机器人α与移动目标机器人之间的位置算子和速度算子，即智能机器人α子控制协议Ⅲ设计为其中c₃₁0,c₃₂0；

(2)结合智能机器人α的三个子控制协议，第i个智能机器人α控制输入量为