[发明专利]一种基于三元素构型描述的群体自组装机器人构型方法

摘要

本发明公开了一种基于三元素构型描述方法的群体自组装机器人构型策略，步骤包括：1)输入目标拓扑关系；2)构造三元素构型数据；3)选择主、被动对接单体；4)规划被动部分导航信息；5)控制对接机构完成对接；6)更新单体的构型数据；7)构建新加入单体的构型数据；8)判断构型是否构建完成；9)输出最终构型。本发明采用三元素构型描述方法，结合其极坐标形式，通过上层的三元素构型数据与底层的极坐标构型数据结合，完成了一种基于正棱柱外形的群体自组装机器人的构型构建。该方法克服了现有构型策略的不足，具有数据量少，便于控制的优点，可应用于链式对接群体自组装机器人的阵型构建。

主权项

1.一种基于三元素构型描述的群体自组装机器人构型方法，其特征是：至少包括如下步骤：(1)输入目标拓扑关系输入用户提供的目标拓扑关系，包括机器人单体外形、群体机器人单体的编号和各个机器人单体的相对位置；(2)构造三元素构型数据根据群体自组装机器人的拓扑关系构造三元素构型数据：{ID_a,ID_b,A}其中：ID_a为主动对接单体a的编号,ID_b为被动对接单体b的编号，A为被动对接面；(3)选择主、被动对接单体选定群体中一个机器人单体作为被动对接单体，依次完成以其为被动对接单体的数据对，即依次选择相关数据对中的主动对接单体；(4)规划被动部分导航信息根据被动对接单体的极坐标构型数据规划被动部分的导航信息，将计算得平均极角发布给被动对接部分的其他机器人单体，然后各个单体规划各自的导航信息；(5)控制对接机构完成对接主动对接单体靠近被动对接单体，并驱动对接机构完成对接；(6)更新单体的构型数据对接完成后，根据主、被动对接单体几何关系，计算新加入的主动对接单体在被动对接部分中其他单体坐标系中的坐标，主动对接单体j+1在单体i坐标系中的坐标为：其中r_i,j+1,θ_i,j+1,α_i,j+1分别为单体j+1在单体i坐标系中的极径、极角和矢量夹角,{r_ij,θ_ij,α_ij}为被动对接单体j在单体i坐标系中的坐标，β的计算公式如下：其中β为主、被动对接单体的矢量夹角，A为被动对接面，n为机器人单体总的对接面数；(7)构建新加入单体的构型数据在步骤(6)的基础上，新加入单体i+1根据被动对接单体i掌握的构型信息，通过极坐标变换得到自己的构型信息：其中r_i+1,j,θ_i+1,j,α_i+1,j分别为单体j在新加入单体i+1坐标系中的极径、极角和矢量夹角,{r_ij,θ_ij,α_ij}为单体j在被动对接单体i坐标系中的坐标，β为主、被动对接单体的矢量夹角，θ_i+1,j的定义域如下：(8)判断构型是否构建完成判断构型是否构建完成，如果完成，则转至步骤(9)，否则转至步骤(3)；(9)输出最终构型实现目标拓扑关系，输出最终构型。