[发明专利]一种多智能体编队形成方法

权利要求书

1.一种基于拍卖算法和Dubins路径规划的多智能体编队形成方法，其特征在于，各智能体的初始位置在同一水平面上，且相邻智能体间建立有双向通信链路，各智能体通过双向通信链路将各自的初始状态信息依次向后传递给末尾的终端智能体；

所述终端智能体用于根据各智能体的初始状态信息获取期望队形中各智能体的绝对位置和期望艏向角，将期望队形中各智能体的绝对位置作为各智能体的目标点，并利用拍卖算法为每个智能体分配不同的目标点；所述终端智能体还用于获取各智能体到各自对应的目标点的Dubins路径，依次判断任意两个智能体对应的Dubins路径是否存在交点，若存在，则交换两个智能体对应的目标点，直到遍历所有智能体的两两组合；重新获取各智能体到其对应的目标点的Dubins路径，再依次判断任意两个智能体对应的Dubins路径是否存在交点，若存在，则记录交点坐标，直到遍历所有智能体的两两组合；

所述终端智能体通过双向通信链路将全局信息向前传递给各智能体，其中，所述全局信息包括各智能体与期望队形中目标点的匹配关系、各智能体对应的Dubins路径、各Dubins路径之间的交点坐标以及目标点的绝对位置坐标与期望艏向角；

分别将各智能体作为当前智能体执行以下步骤：

当前智能体对自身对应的Dubins路径进行采样，得到M个一阶路径点；

当前智能体依次以自身对应的第2，3，…，M个一阶路径点作为虚拟领航者执行位置变换操作，直到当前智能体到达目标点；其中，在当前智能体执行位置变换操作的过程中，通过自带的传感器和短距通信模块判断自身是否同时满足设定避让条件，若同时满足，则当前智能体对以当前所在位置为起点，即将通过的交点为终点之间的路径进行重采样，得到多个二阶路径点，依次以各二阶路径点作为虚拟领航者执行位置变换操作，直到智能体通过所述交点，其中，相邻二阶路径点之间的欧氏距离小于相邻一阶路径点之间的欧氏距离。

2.如权利要求1所述的一种基于拍卖算法和Dubins路径规划的多智能体编队形成方法，其特征在于，智能体从左到右依次编号为1，2，…，N，其中，N为智能体的数量；

所述设定避让条件为：当前智能体对应的Dubins路径与其他智能体对应的Dubins路径存在交点、当前智能体进入自身对应的路径交点的邻域范围内、与该路径交点对应的另一个智能体也在该邻域范围内、当前智能体与进入所述邻域范围内的另一个智能体之间的距离小于设定安全距离、当前智能体的编号小于进入所述邻域范围内的另一个智能体的编号。

3.如权利要求1所述的一种基于拍卖算法和Dubins路径规划的多智能体编队形成方法，其特征在于，所述位置变换操作包括以下步骤：

S1：当前智能体通过自带传感器量测得到当前的虚拟领航者的位置、艏向角、虚拟前进速度以及虚拟角速度；其中，各路径点的绝对位置坐标和艏向角为已知量，第m个路径点的虚拟前进速度由其与第m-1个路径点的欧氏距离决定，虚拟角速度由其与第m-1个路径点的艏向角差决定，且所述欧氏距离越小，虚拟前进速度和虚拟角速度越慢，同时，m＞1，m≠M；第M个路径点的虚拟前进速度和虚拟角速度大小为0；

S2：根据当前智能体对应的虚拟领航者的位置、艏向角、虚拟前进速度以及虚拟角速度，采用基于积分滑模控制设计的运动学控制器得到当前智能体的前进速率控制律和艏向角控制律；

S3：将当前智能体的前进速率控制律和艏向角控制律输入PID动力学控制器中，得到当前智能体对应的水动力模型的控制输入向量τ＝(τ₁，τ₂，τ₃)^T，其中，τ₁和τ₂分别为当前智能体在自身本体坐标系x轴和y轴方向上的速度，τ₃为角速度；

S4：当前智能体根据对应的控制输入向量τ＝(τ₁，τ₂，τ₃)^T更新自身的位置、艏向角、前进速度以及角速度，并反馈给运动学控制器和PID动力学控制器，使当前智能体与其虚拟领航者保持期望的相对位置关系。