[发明专利]一种事件触发的多机器人分布式协同控制方法

权利要求书

1.一种事件触发的多机器人分布式协同控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1)针对多机器人系统中的第i个机器人，制定其与邻居机器人之间的通信规则；

所述第i个机器人与其邻居机器人之间的通信规则为

其中，i＝1，2，...，s，s为机器人的数量；γ＞0为控制算法收敛的设计参数；N_i为第i个机器人的所有邻居机器人的集合；α_ij为第i个机器人和第j个机器人之间的连通权重，如果第i个机器人和第j个机器人间存在通信连接，则α_ij＝1，否则α_ij＝0；为第i个机器人的雅可比矩阵，其存储了第i个机器人的结构信息；为第i个机器人关节速度的集合，为第i个机器人的第m个关节的关节速度，的定义与相同；φ_i为第i个机器人和指令中心之间的连通权重，如果第i个机器人同指令中心间存在通信连接，则φ_i＝1，否则，φ_i＝0；为由指令中心发出的运动指令，x_xd(t)、x_yd(t)、x_zd(t)分别代表在笛卡尔坐标系中机器人的末端执行器在x方向、y方向和z方向上的期望分量；为第i个机器人的末端执行器实际生成的运动轨迹，为第i个机器人的末端执行器指向该时刻x_d(t)位置的恒定距离矢量；

S2)针对多机器人系统中第i个机器人在协同任务执行过程中的性能得失，设计机器人通用的性能指标；

所述机器人通用的性能指标为

其中，为第i个机器人关节速度的集合，为第i个机器人的第m个关节的关节速度；是一个半正定矩阵；是一个向量；上标T代表矩阵或向量的转置；注意到当S被设置为单位矩阵p被设置为一个全零向量时，P_i(t)代表第i个机器人的最小速度范数性能指标；

S3)针对多机器人系统中的第i个机器人，设计其依赖于邻居机器人行为状态的事件触发条件；

所述第i个机器人依赖于邻居机器人行为状态的事件触发条件为：

S301)设计多机器人系统中的第i个机器人同邻居机器人间的误差函数为

S302)设计一个李雅普诺夫方程为并求得其时间导数为

S303)基于和的定义，设计依赖于邻居机器人行为状态的事件触发条件为其中λ＞0为控制算法收敛的设计参数；

S4)基于多机器人系统中第i个机器人的事件触发条件，建立多机器人分布式事件触发的控制方式；

所述多机器人分布式事件触发的控制方式为：

S401)将所述多机器人系统中第i个机器人通用的性能指标同其与邻居机器人间的通信规则相结合，可得到一个二次规划问题如下：

最小化：

约束规则：

等价地，上式可被重构为如下紧凑形式：

最小化：

约束规则：

其中，为单位矩阵；为克罗内克乘积；为元素全为1的行向量；为描述多机器人系统通信拓扑的拉普拉斯矩阵，diag(·)为将一个向量变为对角矩阵的操作，存储了多机器人系统内所有机器人间的连通权重，为元素全为1的列向量；为由指令中心发出的速度指令，分别代表机器人的末端执行器在x方向、y方向和z方向上的期望速度分量；

S402)设计一个二次规划求解器为：u(t)＝Θ^-1(t)η(t)，其中，(·)^-1为对矩阵的求逆操作；为拉格朗日乘子，其余的定义与类似；

S403)基于所述二次规划求解器及所述依赖于邻居机器人行为状态的事件触发条件，构建多机器人分布式事件触发的控制方式为：

如果检测到则通过二次规划求解器u(t)＝Θ^-1(t)η(t)更新第i个机器人的及ρ_i(t)，此时第i个机器人正常与邻居机器人通信；

如果检测到则不需要通过二次规划求解器u(t)＝Θ^-1(t)η(t)更新第i个机器人的及ρ_i(t)，此时及ρ_i(t)保持上一时刻计算的输出，并暂停第i个机器人与邻居机器人之间的数据传输；

S5)在多机器人分布式事件触发控制方式的驱动下，完成多机器人的分布式协同控制。

2.根据权利要求1所述的一种事件触发的多机器人分布式协同控制方法，其特征在于步骤S5)中，在多机器人分布式事件触发控制方式指导下生成的结果将转化为多机器人各个关节电机所需要的控制信号，从而驱动各个关节电机使多个机器人实现协同运动。