[发明专利]基于光学室内定位的多智能体协同控制算法验证系统

说明书

本发明公开了基于光学室内定位的多智能体协同控制算法验证系统，属于多智能体控制领域，所述系统包括：光学室内定位子系统，用于获取目标智能体在空间中的位置信息，并通过UDP协议发送到局域网中；通信子系统，用于实现数据的共享以及控制指令的发送；控制子系统，用于接收目标智能体的位置信息，实现待验证多智能体协同控制算法的设计以及控制指令的执行。本发明能够减少外界环境对算法的干扰，能够安全、便捷、高效地验证多智能体协同控制算法的可行性、实时性和稳定性，这对提高多智能体协同控制算法性能、加快多智能体系统的理论成果走向工程实际的速度有着重大的意义。

技术领域

本发明为基于光学室内定位的多智能体协同控制算法验证系统，涉及多智能体控制领域。

背景技术

近年来，随着计算机科学、网络通信等技术的不断发展，多智能体协同控制是控制领域的研究热点之一，在军事、交通、多机器人、传感器网络等领域具有广泛的应用前景。目前针对于对智能体系统的研究多集中在自主协同控制算法、集群分布式交互技术等方面，而对算法的评估验证研究较少。而已开展的多智能体协同控制演示验证，多采用室外环境，实验成本高，易受环境变化影响大，很难进行重复实验。相比之下，室内试验具有室外试验无法比拟的优势，比如成本低、实验数据便于观测和实时显示、迭代设计方便快捷、对周围及硬件环境依赖性低等，进而可以对多智能体系统协同控制相关算法进行反复验证，对算法进行优化调整。这对于加快多智能体系统的理论成果走向工程实际的速度、提高多智能体协同控制算法性能、评估算法研究的可行性等方面有着重大的意义。

发明内容

基于上述背景技术中的问题，本发明设计了基于光学室内定位的多智能体协同控制算法验证系统。以便验证多智能体协同控制算法的可行性、实时性及稳定性，加快多智能体系统的理论成果走向工程实际应用的速度。本发明的多智能体协同控制问题主要包括一致性问题、编队问题、集群问题、蜂拥问题和聚集问题等等。其中一致性问题是系统协调控制的最基本也是最重要的问题，是智能体之间协调合作的基础。所谓的一致性是指随着时间的增加，多智能体系统中的所有智能体根据某种控制规则，信息相互传递，相互作用，使得每个智能体状态量趋于同一值。

本发明设计了基于光学室内定位的多智能体协同控制算法验证系统，其组成如图1所示，其主要包括光学室内定位子系统、通信子系统和控制子系统三部分组成。

各子系统的功能大致为：光学室内定位子系统获取空间中智能体的位置信息，并通过UDP协议将上述信息广播在局域网中；通信子系统是系统中数据传输的桥梁，主要是将光学室内定位子系统与控制子系统接入到同一局域网中，实现数据的共享，同时在控制子系统中完成控制指令的发送；控制子系统主要接收智能体的位置信息，实现待验证多智能体协同控制算法的设计。其中光学室内定位子系统为待验证多智能体协同控制算法提供多智能体的位置信息，待验证多智能体协同控制算法的输出，也即控制指令通过通信子系统发送到被控对象中，完成控制执行的执行。

光学室内定位子系统包括数据获取模块、数据识别模块和数据发送模块。其硬件结构主要包括多个外光学摄像机、交换机以及服务器。其中数据获取模块是运行在红外光学摄像机的处理器中，而数据识别模块和数据发送模块则是运行在服务器当中。

数据获取模块功能主要是获取空间中目标点的位置信息，其包含图像获取单元和图像处理单元，具体的实现步骤为：

S1：利用图像获取单元得到二维图像。二维图像的获取是确立目标点在空间中三维坐标信息的前提。通过针孔模型，红外光学摄像机捕捉到三维空间(世界坐标系)中的目标点投影到了相机图片的二维平面(像素坐标系)中，其中的对应关系为：

p＝K[R T]P_W＝MP_W (1)