[发明专利]一种基于广播式通信架构的领航跟随型多机编队容错控制方法

摘要

本发明提出一种基于广播式通信架构的领航跟随型多机编队容错控制方法。该方法采用基于固定频道的广播式多机通信，解决了传统点对点通信方式下多机编队中领航机器人失效后编队通信中断问题，并以此广播式的通信架构为基础，提出了领航机器人距离最优替补容错控制方法，解决了传统点对点通信方式下领航机器人通信失效下多跟随机器人的无碰撞竞争替补问题，使得领航跟随型编队在领航机器人通信失效条件下编队仍能自主决策出新领航机器人，从而保持近似的编队队形执行预期的作业任务。该通信方法具有容易部署、可扩展性好、具有容错机制等特点，适用于多移动机器人的编队协作，也支持其他无人系统的多机通信。

主权项

1.一种基于广播式通信架构的领航跟随型多机编队容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立领航跟随型移动机器人编队，分配领航、跟随两种移动机器人角色，并根据编队任务以及移动机器人数量预设编队队形图案，所述编队队形图案包括当前机器人数量的编队队形图案和少于当前机器人数量的编队队形图案；同时构建基于广播式通信架构的多移动机器人通信网络；步骤2：领航跟随型多机编队成形与保持：步骤2.1：获取各机器人实时位姿信息，利用广播式通信架构，领航机器人将位姿信息实时发送给跟随机器人；步骤2.2：跟随机器人根据预设的编队队形图案结合领航机器人的实时位置计算自身的理想位姿，而后跟随机器人依据自身的实时位姿和理想位姿，计算得到各自的位姿跟踪误差；步骤2.3：跟随机器人根据位姿跟踪误差进行控制，使位姿跟踪误差趋近于0，实现整个多机编队系统形成和保持既定的编队队形来完成作业任务；步骤3：领航机器人通信失效条件下的距离最优替补容错控制：步骤3.1：当领航机器人检测到自身通信失效后，其立即退出编队任务并停止于当前位置；跟随机器人连续设定的N个工作周期未接收到领航机器人发送的位姿信息，则判定为领航机器人通信发生故障；步骤3.2：各跟随机器人计算各自对应的距离函数，其中第i个跟随机器人F_i的距离函数S_i：S_i＝d_i+L_i其中d_i表示该跟随机器人距失效领航机器人之间的距离，L_i为新编队队形下，跟随机器人F_i作为新领航机器人条件下队形变换的代价函数，所述代价函数L_i为跟随机器人F_i作为新领航机器人时，各个机器人移动到变换后队形中相应位置的移动距离和的最小值；步骤3.3：各个跟随机器人计算完自身距离函数值后，按照ID顺序依次切换通信方式为发送模式，将自身ID和该位置下的距离函数值发送通信频道当中，随即转换为接收模式，接收其他跟随机器人的ID和对应的距离函数值，直到所有跟随机器人信息收发完毕；步骤3.4：各跟随机器人将自身距离函数值与其它各机器人距离函数值进行对比，如果出现比自身距离函数值小的其他机器人，则自身继续担任跟随机器人；如果自身距离函数值最小，则该跟随机器人作为新的领航机器人；然后返回步骤2，重新进行领航跟随型多机编队成形与保持。