[发明专利]一种采用领航跟随法的多机器人综合避障方法

说明书

本发明公开了一种采用领航跟随法的多机器人综合避障方法，包括建立领航跟随法的运动学模型；引入障碍物分布区域角，改进领航机器人的人工势场，建立领航机器人避障法则；改进跟随机器人引力势场，将跟随机器人在势场中的各种受力进行分解并建立力与间距、力与相对角之间的联系，通过势场中的力来改变间距和相对角的大小，建立跟随机器人避障法则。通过本发明，机器人编队能够顺利避开障碍物，并且在行进的过程中能够有效减少间距和相对角同时与期望值相差较大情况的出现，更好地维护了编队的队形。

技术领域

本发明属于避障技术，具体为一种采用领航跟随法的多机器人综合避障方法。

背景技术

近年来，随着制造工艺、机器人理论、控制理论和网络通信技术的不断发展，机器人技术也日趋成熟。相较于人类，机器人由于具有精度高、稳定性好和持续工作时间长的特点，正被广泛应用于各行各业。在执行复杂的任务时，多机器人可以通过相互协作的方式，拥有比单个机器人更好的鲁棒性和执行效率。因此，对于多机器人的研究，具有广阔的应用前景。编队作为多机器人协作技术中的一项基础研究，是指多机器人能够保持期望的空间队形，并且能够满足相应的环境约束。

目前对于机器人编队中的避障研究主要有人工势场法，人工势场法是建立在每一个机器人独自避障的基础之上。在避障的过程中，每个机器人根据各自所处的环境，根据人工势场中的受力，进行各自的避障，但没有考虑整体队形，也没有相应的避障策略，因此对编队的队形破坏较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用领航跟随法的多机器人综合避障方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种采用领航跟随法的多机器人综合避障方法，包括以下步骤：

步骤1、根据领航跟随编队建立运动学模型，其中，l表示领航机器人与跟随机器人之间的直线距离，表示领航机器人与跟随机器人之间的连线与领航机器人运动方向之间的夹角；

步骤2、通过引入障碍物分布区域角，改进领航机器人的斥力势场。建立完整领航机器人的人工势场，并对领航机器人进行受力分析。领航机器人根据在人工势场中受到的合力的大小和方向进行避障；

步骤3、将传统的跟随机器人引力势场修改为与领航跟随编队中的间距和相对角相关的势场，建立完整的跟随机器人人工势场，并对跟随机器人进行受力分析；

步骤4、将跟随机器人在势场中受到的各种力往l方向和垂直l方向上分解，并建立l方向的力与l的值之间的关系，建立垂直l方向的力与的值的关系，用相应的力来改变间距l和相对角的值。跟随机器人根据l和的大小实现避障。

优选地，建立运动学模型，具体方法为：

步骤1-1、获取领航机器人坐标(x_l,y_l,θ_l)；

步骤1-2、确定跟随机器人在期望目标点的坐标(x_f,y_f,θ_f)与领航机器人坐标(x_l,y_l,θ_l)的关系：

式中，θ_l表示领航机器人运动方向与x轴之间的夹角，θ_f表示跟随机器人运动方向与x轴之间的夹角，(x_l,y_l)为领航机器人在直角坐标系下的坐标，(x_f,y_f)为跟随机器人在直角坐标系下的坐标。

优选地，所述领航机器人人工势场包括：

领航机器人斥力场：