[发明专利]一种障碍环境下多机器人的编队控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种障碍环境下多机器人的编队控制方法和系统，包括定时接收各机器人的状态数据包，判断领航机器人是否发生故障，若领航机器人未发生故障则根据预设的编队指令确定各个跟随机器人当前的目标方位，并计算线速度和角速度，发送给对应的跟随机器人；否则根据领航机器人当前的位置坐标进行膨胀化处理并更新已知的障碍物坐标，根据更新的已知的障碍物坐标计算最大可通行间距，若最大可通行间距无法满足跟随机器人通过，则跟随机器人返航；否则根对跟随机器人重新进行编队。本发明解决了多机器人在复杂地形中领航机器人出现故障时无法继续运行的问题，大大减少系统对领航机器人的依赖，显著提高了在障碍环境下系统的鲁棒性和可靠性。

技术领域

本申请属于机器人控制领域，具体涉及一种障碍环境下多机器人的编队控制方法和系统。

背景技术

随着技术的革新和机器人应用领域的不断拓展，越来越多的人加入到多机器人系统的研究，多机器人系统也得到了飞速的发展。采用多个结构和传感能力相对简单的单个机器人组成多机器人协作系统，多机器人协作系统在节省机器人结构设计成本的同时也增加了可靠性。多机器人协作是多机器人研究的热点问题之一，其基本问题包括编队控制、地图构建、无人救灾以及协同搬运等，其中编队控制是研究其他问题的前提。多机器人协作目前在工业、军事、国防和生活领域都有很大的应用。

多机器人编队控制是指多机器人系统依赖传感器感知周围环境和自身状态，相互协作完成编队，在存在障碍物的环境中实现面向目标的自主运动。在自然界中经常能见到编队行为，例如鱼群结队游行，大雁列队飞行，狼群编队捕食等。随着科技的进步，越来越多的人类活动也使用到了编队行为，例如航母军舰混合编队，飞机机群编队。目前，多机器人编队控制主要的方法有：基于行为法、人工势场法、领航跟随法、虚拟结构法以及分布式控制算法。

机器人代替人类工作在保护人类人身安全方面有重要意义，随着机器人技术和多机器人编队控制技术日趋成熟，将多机器人系统运用到复杂环境成为可能，比如救灾现场、军事前线等环境。复杂环境有地形不规则，障碍物多，信号干扰大等特点，不仅考验机器人的性能更加考验出现意外情况时的应对策略是否完备。因此需要一种在复杂环境中机器人出现故障的应对方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种障碍环境下多机器人的编队控制方法和系统，解决了多机器人在复杂地形中领航机器人出现故障时无法继续运行的问题，大大减少系统对领航机器人的依赖，显著提高了在障碍环境下系统的鲁棒性和可靠性。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种障碍环境下多机器人的编队控制方法，所述多机器人包括一个领航机器人和若干个跟随机器人，所述障碍环境下多机器人的编队控制方法用于在已知障碍环境中障碍物坐标的情况下根据预设的编队指令控制多机器人运行，各机器人带有唯一的ID号，所述障碍环境下多机器人的编队控制方法，包括：

步骤S1、定时接收各机器人的状态数据包，所述状态数据包包括当前机器人的位置坐标和航向角度，根据领航机器人的状态数据包，判断所述领航机器人是否发生故障，若领航机器人未发生故障则执行步骤S2；否则执行步骤S3；

步骤S2、根据预设的编队指令确定各个跟随机器人当前的目标方位，结合各跟随机器人当前的状态数据包和当前的目标方位计算线速度和角速度，并由线速度和角速度生成指令数据包发送给对应的跟随机器人，重新执行步骤S1；

步骤S3、根据领航机器人当前的位置坐标进行膨胀化处理，利用膨胀化处理后得到的坐标更新已知的障碍物坐标，并执行步骤S4；

步骤S4、根据步骤S3中更新的已知的障碍物坐标计算最大可通行间距，若最大可通行间距无法满足跟随机器人通过，则控制跟随机器人返航；否则根据更新的已知的障碍物坐标针对跟随机器人重新进行编队，并重新执行步骤S1。

作为优选，所述编队指令由矩阵F^d表示，表达式如下：