[发明专利]一种多智能体编队形成方法

说明书

本发明提供一种多智能体编队形成方法，在期望队形形成时依赖于初始建立的通信链路进行目标点分配和路径规划，并通过各智能体的初始状态信息解算出期望路径；其次，仅用Dubins路径上的关键路径点表征期望路径，大大简化了智能体从初始位置到达目标点的路径规划过程；再者，在执行位置变换操作的过程中，智能体仅通过自带的传感器和短距通信模块进行量测，根据量测结果判断自身是否同时满足设定避让条件，是否需要对交点附近的路段进行二次采样，从而降低自身速度，避免与其他智能体发生碰撞；由此可见，本发明不依赖通信条件，在前进过程中依靠传感器量测信息即可迅速形成期望队形，具有一定的可扩展性，尤其适用于无人潜航器(UUV)。

技术领域

本发明属于多智能体编队控制技术领域，尤其涉及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。

背景技术

随着任务复杂程度的不断提高，单个智能体已经不足以完成一些复杂度较高的任务，然而多个智能体通过协同控制可以有效地完成复杂任务，并提升整个系统的鲁棒性，因此多智能体协同控制引起了人们的重视，并成为多智能体系统的一个重要的研究方向。编队控制是多智能体协同控制的一个具体问题，它要求多个智能体能够形成指定队形前进。

编队形成是指多无人机从不同的初始构型演变成特定几何构型的过程。编队形成问题常被解耦为任务分配和路径规划两个子问题。形成编队后还需要对多智能体进行控制，使多智能体能够保持期望队形。常用的编队控制策略包括领航—跟随法、人工势场法、虚拟结构法和基于行为的方法，其中领航—跟随法的应用较为广泛，该方法指跟随者可以以一定距离跟随其领航者，实现该策略的控制方法主要有滑模控制、反步控制、模型预测控制和PID控制等。然而，这些方法均需要依赖较为理想的通信拓扑结构和理想的通信条件，不适用于通信环境较为恶劣的环境。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供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，在前进过程中依靠自带的传感器量测信息即可使智能体由初始位置形成期望队形，并且多智能体数量可扩展。

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，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。