[发明专利]基于时间代价的机器人覆盖控制方法、控制系统及控制器

说明书

本发明公开了一种基于时间代价的机器人覆盖控制方法，其包括随着每个机器人i的位置变化，按照时间最短原则对任务区域Q进行划分，更新每个机器人i对应的子区域V_i；计算每个子区域V_i的风险质心为每个机器人i设计对应的滑模面；控制每个机器人i先到达对应的滑模面后再跟踪上对应子区域的风险质心当子区域发生事故时，控制位于事故子区域的机器人从风险质心以最大速度驶向事故点。通过上述方式控制机器人网络进行区域覆盖，将机器人驱动至时间最优覆盖位置，当机器人分配的子区域中发生事故时，机器人将以最大的速度驶向事故现场，从而实现了机器人网络以最小时间代价执行区域覆盖任务。

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，更具体地，涉及一种基于时间代价的机器人覆盖控制方法、控制系统及控制器。

背景技术

机器人网络的协同任务区域覆盖控制技术在区域环境监测、区域安全防御、地质资源勘探、环境污染物清除等场景得到了广泛的应用。机器人网络协同任务区域覆盖控制技术设计到图论、优化理论以及多智能体协同控制等先关理论和技术。机器人网络协同任务区域覆盖控制技术通过机器人之间的信息交互协同合作，移动自身在任务区域中所处的位置，通过机器人携带的传感设备或者执行设备以实现对任务区域的最优覆盖监测效果。目前，通常考虑的是机器人网络对任务区域监测效果的度量，通过设计相关机器人的控制器驱动机器人网络渐进的收敛到期望的目标轨迹。但是当考虑机器人网络执行覆盖任务的时间代价时，比如在火灾防灾任务中需要我们以最小的时间代价来进行防灾救援，现存的方法并不能优化机器人网络执行任务的时间花费。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于时间代价的机器人覆盖控制方法、控制系统及控制器，其目的在于考虑执行区域覆盖任务的时间代价下控制机器人网络对任务区域进行覆盖效果的优化。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于时间代价的机器人覆盖控制方法，包括：

随着每个机器人i的位置变化，按照时间最短原则对任务区域Q进行划分，更新每个机器人i对应的子区域V_i；

计算每个子区域V_i的风险质心

为每个机器人i设计对应的滑模面；

控制每个机器人i先到达对应的滑模面后再跟踪上对应子区域的风险质心当子区域发生事故时，控制位于事故子区域的机器人从风险质心以最大速度驶向事故点。

在其中一个实施例中，每个子区域满足

其中，q为对应子区域内任一位置点，是机器人i从当前位置p_i移动到子区域中的位置点q所用的最小时间，是任一机器人j从当前位置p_j移动到子区域中的位置点q所用的最小时间，N为机器人的数量。

在其中一个实施例中，每个子区域V_i的风险质心其中，q为子区域内任一位置点，ψ(q,t)为t时刻在位置点q处的风险密度函数，计算公式为：

其中，φ(q)表示子区域内不存在重要物体时该区域内的常数风险密度，M为子区域内重要物体的个数，φ_j(q,t)表示第j个物体对子区域中的风险密度ψ(q,t)的贡献，其中，φ_j(q,t)对风险密度的贡献呈高斯分布。

在其中一个实施例中，φ_j(q,t)的计算公式为：

其中，β为常值系数，s_j(t)∈R²是物体j在子区域中的位置，σ为高斯函数的宽度。

在其中一个实施例中，滑模面s的计算公式为：