[发明专利]一种面向复杂环境的多异构机器人视觉伺服队形变换方法

说明书

该发明公开了一种面向复杂环境的多异构机器人视觉伺服队形变换方法，本发明面向复杂环境的多异构机器人视觉伺服队形变换方法，首先借助视觉传感器获取地面机器人位姿，对无人机和地面机器人分别设计伺服控制算法和编队算法，完成无人机跟踪和地面多移动机器人编队；其次通过视觉传感器对异构多机器人系统运行环境进行建模；针对复杂环境中的避障，实现狭窄区域下的编队队形变换策略；构建基础编队队形库，基于编队变换时间、队形差异以及安全系数设计编队变换评价函数；针对实际情形，从无变换操作、编队收缩和编队切换中选取最符合当前环境约束与预期任务要求的编队队形，并应用伺服和编队算法实现相关操作，完成预期任务并安全通过障碍地形。

技术领域

本发明属于移动机器技术领域，更为具体地讲，涉及一种面向复杂环境的多异构机器人视觉伺服队形变换技术。

背景技术

基于视觉传感器的定位技术，主要通过摄像头获取视野内目标物体的深度信息，从而实现目标位置的测量。以AprilTag标签为辅助标记的目标检测方法具备较高精度，且实现简单。测量三维位姿的同时，能通过解码获取标签信息，实现身份识别。相较于传统而二维码，具有更高的定位精度，鲁棒性更高，运行速率较快。

移动多机器人协同系统目前主要应用同构机器人搭建物理平台。同构机器人虽然能携带不同类型传感，但是在运动能力上不能相互补充，不能克服同类机器人的弊端和缺陷。异构机器人系统可以充分发挥各自的优势，扬长避短，弥补不足，提高系统性能同时增强鲁棒性。针对模型相异的空-地多机器人实现协同控制，存在一定的挑战和难度。

在复杂地面环境下，多移动机器人为保证运行安全或高效完成任务目标，需要进行多机器人编队队形调整。根据机器人工作场景和目标要求构建基础队形库和设计编队变换评价函数，用于实时编队变换策略。结合实际环境约束，进行适当的队形变换操作，保证机器人能够以最大限度完成预期任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向复杂环境的多异构机器人视觉伺服队形变换方法，具体实现为基于视觉信息的多异构机器人控制系统——对四旋翼无人机和地面移动机器人设计跟踪和编队控制器，确保四旋翼持续地获取地面机器人相对位姿，并引导地面编队的生成。其次根据实时环境约束，设计一种编队变换优化策略，提高机器人在非结构化环境中的运动能力。

为实现上述发明目的，本发明一种面向复杂环境的多异构机器人视觉伺服队形变换方法，该方法包括：

(1)、构建基本队形库，完成各基本编队队形基本信息配置；基本队形库构建规则如下：

L＝{Γ₁,Γ₂,…,Γ_i,…,Γ_N}

其中，L表示基本队形库；Γ_i表示第i个基本队形信息，具体内容如下：

Γ_i＝{D_ix,D_iy,d_safe,d_width,d_length,n_i}

其中，D_ix表示第i个基本队形的X轴期望距离矩阵，D_iy表示第i个基本队形的Y轴期望距离矩阵；d_safe表示机器人间的安全距离，d_wid表示第i个基本队形的宽度，d_len表示第i个基本队形的长度，n_i表示第i个基本队形包含的机器人数量；

(2)、指定初始编队队形，给定任务目标；