專利名稱：一種基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，屬于多機(jī)器人協(xié)作控制技術(shù)領(lǐng)域，是人工智能與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
多機(jī)器人編隊(duì)·的應(yīng)用范圍很廣，可以在軍事、航空航天、探測(cè)、災(zāi)害處理等方而做出突出的貢獻(xiàn)，并且多機(jī)器人編隊(duì)控制的研究是多機(jī)器人協(xié)作研究的重要內(nèi)容之一，其研究具有重要理論和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，包括以下步驟步驟(I):多機(jī)器人系統(tǒng)中的每個(gè)機(jī)器人被看作一個(gè)智能體，每個(gè)機(jī)器人攜帶動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器、激光測(cè)距儀和無(wú)線通訊設(shè)備進(jìn)行工作；步驟(2):智能機(jī)器人通過(guò)動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲得環(huán)境中的圖像信息，超聲波傳感器用于感知環(huán)境中的目標(biāo)及障礙物，并由激光測(cè)距儀來(lái)確定目標(biāo)和障礙物的位置，并將動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測(cè)距儀測(cè)得的環(huán)境信息通過(guò)無(wú)線通訊設(shè)備轉(zhuǎn)換為廣播信息傳給其他機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)信息共享；步驟(3):任務(wù)開始時(shí)，首先在多機(jī)器人系統(tǒng)中隨機(jī)確定一個(gè)為領(lǐng)航機(jī)器人，領(lǐng)航機(jī)器人根據(jù)任務(wù)中實(shí)際目標(biāo)位置信息以及其他機(jī)器人廣播得到的環(huán)境信息，結(jié)合自身動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測(cè)距儀所探測(cè)到的信息，利用移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立實(shí)時(shí)地圖，計(jì)算到達(dá)實(shí)際目標(biāo)位置的最佳路徑，然后利用生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行導(dǎo)航；步驟(4):領(lǐng)航機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)自身的實(shí)時(shí)位置信息，利用基于leader-referenced算法的編隊(duì)模型,計(jì)算所要求保持隊(duì)形中各個(gè)跟隨機(jī)器人應(yīng)該到達(dá)的指定位置，并將其作為各個(gè)跟隨機(jī)器人的虛擬目標(biāo)；步驟(5):領(lǐng)航機(jī)器人根據(jù)各跟隨機(jī)器人當(dāng)前的實(shí)際位置信息，通過(guò)SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)時(shí)地將上面計(jì)算得到的各個(gè)虛擬目標(biāo)在各跟隨機(jī)器人中進(jìn)行分配，然后通過(guò)無(wú)線通訊將該虛擬目標(biāo)位置發(fā)送給對(duì)應(yīng)的跟隨機(jī)器人；步驟(6):各跟隨機(jī)器人根據(jù)領(lǐng)航機(jī)器人實(shí)時(shí)發(fā)送的虛擬目標(biāo)位置信息以及其他機(jī)器人廣播的環(huán)境信息，并根據(jù)自身動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測(cè)距儀探測(cè)得到的信息，利用移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立實(shí)時(shí)地圖，計(jì)算到達(dá)其對(duì)應(yīng)虛擬目標(biāo)的最佳路徑，并進(jìn)行導(dǎo)航，從而實(shí)現(xiàn)與領(lǐng)航機(jī)器人以及其他機(jī)器人保持要求的隊(duì)形；為了防止機(jī)器人之間互相碰撞，這里將其他機(jī)器人當(dāng)做障礙物處理；即可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人編隊(duì)以要求的各種隊(duì)形，并最佳導(dǎo)航到達(dá)目標(biāo)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果任務(wù)目標(biāo)和所要求隊(duì)形發(fā)生改變，只需在領(lǐng)航機(jī)器人中調(diào)整實(shí)際目標(biāo)位置和相應(yīng)的隊(duì)形模型即可。
所述步驟(2)中廣播信息具體是指，廣播信息的內(nèi)容和格式如下A= {x, y, z, flag}其中，(X，y, z)表示環(huán)境中的三維位置坐標(biāo)；flag表示其對(duì)應(yīng)狀態(tài)的標(biāo)志位，其對(duì)
應(yīng)的內(nèi)容為
權(quán)利要求
1.一種基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，包括如下步驟 步驟(I):多機(jī)器人系統(tǒng)中的每個(gè)機(jī)器人被看作一個(gè)智能體，每個(gè)機(jī)器人攜帶動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器、激光測(cè)距儀和無(wú)線通訊設(shè)備進(jìn)行工作； 步驟(2):智能機(jī)器人通過(guò)動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲得環(huán)境中的圖像信息，超聲波傳感器用于感知環(huán)境中的目標(biāo)及障礙物，并由激光測(cè)距儀來(lái)確定目標(biāo)和障礙物的位置，并將動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測(cè)距儀測(cè)得的環(huán)境信息通過(guò)無(wú)線通訊設(shè)備轉(zhuǎn)換為廣播信息傳給其他機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)信息共享； 步驟(3):任務(wù)開始時(shí)，首先在多機(jī)器人系統(tǒng)中隨機(jī)確定一個(gè)為領(lǐng)航機(jī)器人，領(lǐng)航機(jī)器人根據(jù)任務(wù)中實(shí)際目標(biāo)位置信息以及其他機(jī)器人廣播得到的環(huán)境信息，結(jié)合自身動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測(cè)距儀所探測(cè)到的信息，利用移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立實(shí)時(shí)地圖，計(jì)算到達(dá)實(shí)際目標(biāo)位置的最佳路徑，然后利用生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行導(dǎo)航； 步驟(4):領(lǐng)航機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)自身的實(shí)時(shí)位置信息，利用基于leader-referenced算法的編隊(duì)模型,計(jì)算所要求保持隊(duì)形中各個(gè)跟隨機(jī)器人應(yīng)該到達(dá)的指定位置，并將其作為各個(gè)跟隨機(jī)器人的虛擬目標(biāo)； 步驟(5):領(lǐng)航機(jī)器人根據(jù)各跟隨機(jī)器人當(dāng)前的實(shí)際位置信息，通過(guò)SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)時(shí)地將上面計(jì)算得到的各個(gè)虛擬目標(biāo)在各跟隨機(jī)器人中進(jìn)行分配，然后通過(guò)無(wú)線通訊將該虛擬目標(biāo)位置發(fā)送給對(duì)應(yīng)的跟隨機(jī)器人； 步驟(6):各跟隨機(jī)器人根據(jù)領(lǐng)航機(jī)器人實(shí)時(shí)發(fā)送的虛擬目標(biāo)位置信息以及其他機(jī)器人廣播的環(huán)境信息，并根據(jù)自身動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測(cè)距儀探測(cè)得到的信息，利用移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立實(shí)時(shí)地圖，計(jì)算到達(dá)其對(duì)應(yīng)虛擬目標(biāo)的最佳路徑，并進(jìn)行導(dǎo)航，從而實(shí)現(xiàn)與領(lǐng)航機(jī)器人以及其他機(jī)器人保持要求的隊(duì)形；為了防止機(jī)器人之間互相碰撞，這里將其他機(jī)器人當(dāng)做障礙物處理；即可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人編隊(duì)以要求的各種隊(duì)形，并最佳導(dǎo)航到達(dá)目標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，其特征在于所述步驟(2)中廣播信息具體是指，廣播信息的內(nèi)容和格式如下 A= {x, y, z, flag} 其中，(x，y，z)表示環(huán)境中的三維位置坐標(biāo)；flag表示其對(duì)應(yīng)狀態(tài)的標(biāo)志位，其對(duì)應(yīng)的內(nèi)容為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，其特征在于所述步驟(4)中基于leader-referenced算法的編隊(duì)模型具體是指 (3a):若定義Rtl為領(lǐng)航機(jī)器人，其實(shí)際目標(biāo)位置坐標(biāo)為( ^ Ztl)，Ri為第i個(gè)跟隨機(jī)器人，則其虛擬目標(biāo)位置坐標(biāo)為(XpypZi),其計(jì)算公式根據(jù)編隊(duì)任務(wù)的不同而不同，例如編隊(duì)的隊(duì)形為同一平面的一字隊(duì)形，則各跟隨機(jī)器人的虛擬目標(biāo)位置計(jì)算函數(shù)為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，其特征在于所述步驟(5)中SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法具體是指 (4a) S0M自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分為兩層輸入層為目標(biāo)的位置，輸出層包括機(jī)器人的坐標(biāo)及到達(dá)目標(biāo)的規(guī)劃路徑； (4b):基于SOM自組織神
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，其特征在于所述步驟(3)和步驟(6)中利用移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立實(shí)時(shí)地圖是指 (5a):先將動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)獲得的圖像進(jìn)行處理，獲得此時(shí)此刻的環(huán)境信息，根據(jù)探測(cè)的范圍，構(gòu)建一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)探測(cè)儀的識(shí)別距離，將此環(huán)境空間離散化，其中每個(gè)離散點(diǎn)即神經(jīng)元是一個(gè)4維空間，由(x，y，z,s)構(gòu)成，(x,y, z)是該離散點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)，s是生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元的活性值，由下式計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)方法，各機(jī)器人根據(jù)動(dòng)感檢測(cè)攝像機(jī)、超聲波傳感器和激光測(cè)距儀探測(cè)得到的信息以及其他機(jī)器人發(fā)送的環(huán)境信息，結(jié)合領(lǐng)航機(jī)器人發(fā)送的虛擬目標(biāo)位置信息，利用移動(dòng)的生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立各自的實(shí)時(shí)地圖，并計(jì)算最佳路徑來(lái)調(diào)整自身位置，實(shí)現(xiàn)保持所要求隊(duì)形的同時(shí)，朝實(shí)際目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明利用SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編隊(duì)任務(wù)分配，利用移動(dòng)生物刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)構(gòu)建地圖，進(jìn)行機(jī)器人導(dǎo)航；本發(fā)明在多機(jī)器人聯(lián)合編隊(duì)、多機(jī)器人聯(lián)合搜救等方面，具有重要理論和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01C21/34GK102915465SQ20121040892
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者倪建軍, 仰曉芳, 王楚, 吳文波, 李新云, 殷霞紅 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)