[发明专利]一种异构多智能机器人系统建模与分布式一致性控制方法

说明书

本发明提供了一种异构多智能机器人系统建模与分布式一致性控制方法，包括：步骤1：设置在同一工作环境下不同阶数动力学的多个智能机器人作为研究对象，并进行编号；步骤2：根据所述异构多智能机器人运行状态、速度受非凸约束等信息特征建立离散时间动力学模型；步骤3：根据所述动力学模型设计并执行相应的分布式一致性控制算法，使异构多智能机器人系统实现分布式一致性运动。本发明基于速度受非凸约束的异构多智能机器人系统，通过利用邻居智能机器人的位置状态信息，保证每一个智能机器人的运行状态都达到一致。

技术领域

本发明涉及一种速度受非凸约束的异构多智能机器人离散时间系统建模与分布式一致性控制方法，属于智能机器人控制技术领域。

背景技术

近年来，随着科学技术的进步和社会的发展，人们希望更多地从繁琐的日常事务中解脱出来，而智能机器人作为可替代劳动力的智能产品引起了人们广泛的研究兴趣，促进了智能机器人市场发展。另外，智能机器人产业作为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志,其发展越来越受到世界各国的高度关注。如今我们面对的诸多问题十分复杂，需要通过多学科交叉、多系统协作去妥善解决，在机器人领域，随着机器人服务场景的不断延伸和扩展，单一系统的智能机器人无法满足人类社会生活的全部需要，我们需要通过对异构机器人系统建模的方式实现其高效控制。异构多智能机器人系统应用前景十分广阔，可以应用于卫星编队控制、传感器网络、目标跟踪、无人航天器和分布式机器人的协同控制等各个重要方面，近年来有不少学者对该内容感兴趣，但是研究结果大多集中在同质或低阶异构多智能机器人系统的一致性上，对于高阶非凸约束下的异构多智能机器人的分布式一致性的研究十分缺乏。不同于许多应用的实际情况，我们在很多场景下都设定智能机器人具备相同的系统，而异构多机器人系统的分布式一致性问题仍亟待解决，我们需要在更广泛的工程应用中进行研究和探讨。例如，异构多智能机器人系统包含多个信息处理子系统，如规划决策、信息融合、自动驾驶、二维或三维视觉处理等，需要强调的是子系统之间是密不可分的，它们必须相互协调和信息共享，子系统分别独立完成大量任务并有效地形成一个整体完成总任务，它们的技术协同能够确保异构多智能机器人系统稳定高效运行。此外，机器人在实际运行中，收到各种各样的约束条件，使得其运行状态被约束在一个封闭的集合内。因此，提出非凸约束下的异构多机器人系统与分布式一致性的控制方法的研究具有重要的理论和实践意义。同时，异构机器人系统的系统模型具有高阶异构动力学特性，其模型转换较为复杂，我们的结果证明了相应的控制协议对任意的有界通信延迟和在每个特定的时间间隔下的有向生成树具有鲁棒性。在此基础上，我们得到了高阶异构多智能机器人系统的分布式一致性。本专利主要从异构多智能机器人系统控制角度提供了一种受非凸约束、能够实现分布式一致性的系统建模与控制算法。主要研究内容包括异构多智能机器人系统建模、分布式一致性控制算法设计以及控制参数选取三个方面。

现有受约束的异构多智能机器人系统建模主要集中于低阶，并没有针对高阶的多智能机器人系统进行模型构建。为此，本专利基于在非凸速度约束的情况下对异构多机器人系统进行建模。

分布式一致性控制算法的设计主要是，保持异构多智能机器人的各个系统在位置和速度上保持一致性，抵消外界干扰的影响，降低了计算机的运算负担；第二部分设置了可调整的控制参数，并用不同系统下的智能机器人的信息交互来保证工程项目平稳高效运行。

控制参数选取在控制领域中是十分重要的一个步骤，它针对于系统内部结构以及外部扰动的不确定性，设计适当的控制器，使得某一指标达到并保持最优或近似最优。通过控制参数的调整，控制参数在给定初始值的情况下可实现实时调整，从而达到优化控制结果的目的。

综上所述，基于非凸约束的异构多智能机器人系统建模与分布式一致性控制方法，通过对研究对象中的异构多智能机器人进行建模，采用分布式一致性控制算法，选取合适的参数，从而达到多智能机器人协同运行的控制目的。

发明内容