[发明专利]一种基于客户端-服务器结构的多机器人协同编队方法

摘要

本发明涉及一种基于客户端‑服务器结构的多机器人协同编队方法，客户端‑服务器结构由环境、服务器、领航者机器人和客户端构成，其中，环境包括障碍物和平面，领航者机器人为一个领导队形行进的机器人，客户端由其余的机器人组成，客户端的机器人为追随者机器人，服务器的作用是获取并处理环境信息、领航者机器人和客户端的信息，确定领航者机器人，发送控制信息至领航者机器人和客户端，领航者机器人和客户端通过服务器实现信息和数据共享，在服务器的指挥之下协同地完成编队任务。本发明的协同编队系统可扩展性强，且不需要大量的运算量即可实现实时控制，适用于多机器人研究的相关领域，具有良好的发展潜力。

主权项

1.一种基于客户端‑服务器结构的多机器人协同编队方法，其特征是：客户端‑服务器结构由环境、服务器、领航者机器人和客户端构成，其中，环境包括障碍物和平面，领航者机器人为一个领导队形行进的机器人，客户端由其余的机器人组成，所述客户端的机器人为追随者机器人；将到达目标点所需的距离最近的机器人认定为领航者机器人，并记为首个编号，再按照队形参考矩阵对客户端进行顺序编号，编号满足的条件为所有机器人完成编队时走过的路径距离之和最小；服务器的作用是获取并处理环境信息、领航者机器人和客户端的信息，确定领航者机器人，发送控制信息至领航者机器人和客户端；领航者机器人和客户端根据控制信息进行运动；环境信息、领航者机器人和客户端的信息变化触发服务器对控制信息进行更新；领航者机器人和客户端通过服务器实现信息和数据共享，在服务器的指挥之下协同地完成编队任务；所述领航者机器人和客户端的信息包括位置和方向信息；所述控制信息分为控制停止信息和控制行进信息，控制停止信息为程序结束命令，由服务器分别发送至领航者机器人和客户端，服务器发送至领航者机器人的控制行进信息包括正常运行命令、最优路径、领航者机器人的位置和方向信息，所述最优路径是指领航者机器人到达目标点所需的距离最近的路径；服务器发送至追随者机器人的控制行进信息包括正常运行命令、队形参考矩阵以及所有机器人的编号、位置和方向信息，所述队形参考矩阵为N行3列矩阵，由服务器输入，表示队形中各机器人之间的参考关系，其中N为机器人的个数；所述队形参考矩阵F的表达式如下：其中，R_i代表编号为i的机器人所需要跟随的机器人的编号，i＝1,2,....,N，R_i≠i，Y_i代表跟随时所需要保持的角度，L_i代表跟随所需要保持的距离，矩阵F第一行的参数为[0 0 0]；领航者机器人编号为1，追随者机器人从2开始顺序编号；整体运行流程如下：(1)摄像头捕捉包含所有机器人和环境的场景，发送至服务器；(2)服务器提取机器人的位置和方向信息，并根据环境建立二维栅格地图；(3)服务器在二维栅格地图中标定一个目标点并输入队形参考矩阵，然后根据目标点、队形参考矩阵以及机器人的位置和方向信息，先计算出到达目标点所需的距离最近的机器人，将其认定为领航者机器人，编号为1，再对其他机器人从2开始顺序编号，编号满足的条件为所有机器人完成编队时走过的路径距离之和最小；(4)服务器判断领航者机器人是否到达目标点，如果是则发送程序结束命令至领航者机器人和追随者机器人，如果不是则继续；(5)服务器根据二维栅格地图、目标点和领航者机器人的位置运用粒子群算法求得领航者机器人的最优路径；(6)服务器发送正常运行命令、最优路径、领航者机器人的位置和方向信息至领航者机器人；(7)领航者机器人行进并触发服务器发送正常运行命令、队形参考矩阵以及所有机器人的编号、位置和方向信息至追随者机器人；(8)追随者机器人行进；领航者机器人到达目标点，服务器发送程序结束命令至领航者机器人和追随者机器人。