一種基于藍牙通信的多機器人編隊控制路徑跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于藍牙通信的多機器人編隊控制路徑跟蹤方法，機器人擺放于iSpace實驗平臺上；攝像頭將捕捉到的各機器人位置姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機；上位機對其進行解析，保存每個機器人的位置和姿態(tài)信息；根據(jù)預定的跟蹤軌跡得到多機器人構(gòu)成的幾何中心的位置，角度，移動線速度和角速度；以幾何中心為坐標原點，建立編隊系統(tǒng)坐標系；根據(jù)機器人實際信息和參考信息計算出機器人的位置和姿態(tài)偏差；再計算出每個機器人下一個控制周期的線速度和角速度，將控制參數(shù)轉(zhuǎn)換為機器人左右輪的轉(zhuǎn)速，并通過藍牙發(fā)送給機器人；本發(fā)明跟蹤系統(tǒng)精度較高，跟蹤曲線適用范圍廣，配合編隊控制功能，適用于多機器人研究的相關(guān)領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?br> 【專利說明】一種基于藍牙通信的多機器人編隊控制路徑跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多機器人的路徑跟蹤方法，尤其涉及一種基于藍牙通信的多機器人編隊控制的路徑跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多機器人技術(shù)作為機器人【技術(shù)領(lǐng)域】的一個重要分支，近十幾年發(fā)展非常迅猛，主要是因為與單機器人系統(tǒng)相比，它能更出色地完成任務，同時節(jié)省成本。多機器人技術(shù)中，編隊控制，通信調(diào)度以及路徑跟蹤等領(lǐng)域都成為熱點研究對象，對于提升多機器人協(xié)同作業(yè)的效率有重要意義。
[0003]特別地，隨著路徑跟蹤和編隊控制以及通信協(xié)議的進一步發(fā)展，將編隊控制和路徑跟蹤結(jié)合起來，進行目標跟蹤或協(xié)同運作，已經(jīng)打破以前仿真結(jié)果良好，實際效果較差的局面。對于多機器人編隊控制路徑跟蹤系統(tǒng)的實現(xiàn)問題，隨著計算機性能的不斷提升，采用集中式的控制方法，減輕現(xiàn)場作業(yè)智能體的負荷，并且穩(wěn)定性也可以得到一定保證。集中控制多機器人路徑跟蹤一般由四部分組成，上位機，多智能體，位置捕捉系統(tǒng)，通信系統(tǒng)；其中通信系統(tǒng)一般采用無線傳感器網(wǎng)絡相關(guān)領(lǐng)域的成熟協(xié)議，如藍牙，ZigBee等，位置捕捉系統(tǒng)可采用GPS自定位，也可采用位置估計等方法，上位機負責多智能體的調(diào)度和控制，各個智能體目標則在于完成特定任務。
[0004]傳統(tǒng)的目標跟蹤往往是單機器人的目標跟蹤。由于單機器人一般會存在視覺范圍有限，運動自由度較低等特點，若跟蹤目標變化過快，或存在某些干擾等，可能會出現(xiàn)跟蹤失誤，甚至失去跟蹤目標等現(xiàn)象。為了提高跟蹤的魯棒性，將單機器人跟蹤適當改為多機器人協(xié)同跟蹤，以一定的編隊控制算法控制系統(tǒng)的隊形，如虛擬結(jié)構(gòu)法可將跟蹤目標設為結(jié)構(gòu)中心，則將大大提高跟蹤的魯棒性和準確性，改善單機器人跟蹤的不足。
[0005]目前，多機器人路徑跟蹤方法有所發(fā)展，但仍存在不足。如跟蹤精度有限，初始誤差較大，可移植性不強，穩(wěn)定性較差等。在該方面的代表算法有兩種，一是二次曲線算法，二是實時路徑跟蹤算法。二次曲線算法將路徑跟蹤問題轉(zhuǎn)化為離散參考點的跟蹤問題，通過逐次調(diào)整參考點，以一定的方式跟蹤參考點達到路徑跟蹤的目的。其核心問題在于參考點的移動速度選取，及參考點與機器人距離的選擇問題，該問題是制約該算法實際運用的主要問題，若距離選取過大，則跟蹤精度較差；若距離選取過小，則機器人移動速度較慢，且抖振現(xiàn)象嚴重。實時路徑跟蹤算法在一定程度上彌補了二次曲線跟蹤算法，但其核心問題在于不能跟蹤直線，因此也限制了其向?qū)嶋H應用的轉(zhuǎn)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于藍牙通信的多機器人編隊控制路徑跟蹤方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0008]一種基于藍牙通信的多機器人編隊控制路徑跟蹤方法，該方法由跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)，所述跟蹤系統(tǒng)包括:若干個雙輪差速驅(qū)動機器人、iSpace位置捕捉系統(tǒng)、上位機和藍牙通信模塊；其中，所述雙輪差速驅(qū)動機器人置于由6個攝像頭組成的覆蓋整個機器人運動平臺的iSpace位置捕捉系統(tǒng)上，iSpace位置捕捉系統(tǒng)通過電纜線與上位機相連，藍牙通信模塊與上位機相連，雙輪差速驅(qū)動機器人通過藍牙通信模塊與上位機進行藍牙通信；該方法包括以下步驟:
[0009](I)搭建實驗平臺:機器人的初始位置和姿態(tài)要求按照既定的幾何圖形擺放于iSpace位置捕捉系統(tǒng)的實驗平臺上。啟動機器人和上位機后，機器人和上位機通過藍牙模塊相互連接并進行通訊。攝像頭以每秒50幀的速率將捕捉到的各機器人位置姿態(tài)幀數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。
[0010](2)上位機收到數(shù)據(jù)幀后對其進行解析，保存每個機器人的位置和姿態(tài)信息。
[0011](3)根據(jù)預定的跟蹤軌跡，結(jié)合前述步驟2所得的位置和姿態(tài)信息計算出多機器人構(gòu)成的幾何中心的位置，角度，移動線速度和角速度，以(Xc;，y。)表示幾何中心的參考位置，Θ。表示幾何中心的參考角度，(V" ωr)表示其中心的參考線速度和角速度。在驅(qū)動輪的作用下，機器人會以一定的線速度V和角速度ω行駛，假定機器人輪子半徑為r，兩輪之間的距離為W，其與左右輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種基于藍牙通信的多機器人編隊控制路徑跟蹤方法，該方法由跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)，所述跟蹤系統(tǒng)包括:若干個雙輪差速驅(qū)動機器人、!Space位置捕捉系統(tǒng)、上位機和藍牙通信模塊；其中，所述雙輪差速驅(qū)動機器人置于由6個攝像頭組成的覆蓋整個機器人運動平臺的iSpace位置捕捉系統(tǒng)上，iSpace位置捕捉系統(tǒng)通過電纜線與上位機相連，藍牙通信模塊與上位機相連，雙輪差速驅(qū)動機器人通過藍牙通信模塊與上位機進行藍牙通信；其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)搭建實驗平臺:機器人的初始位置和姿態(tài)要求按照既定的幾何圖形擺放于iSpace位置捕捉系統(tǒng)的實驗平臺上；啟動機器人和上位機后，機器人和上位機通過藍牙模塊相互連接并進行通訊；攝像頭以每秒50幀的速率將捕捉到的各機器人位置姿態(tài)幀數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機； (2)上位機收到數(shù)據(jù)幀后對其進行解析，保存每個機器人的位置和姿態(tài)信息； (3)根據(jù)預定的跟蹤軌跡，結(jié)合前述步驟2所得的位置和姿態(tài)信息計算出多機器人構(gòu)成的幾何中心的位置，角度，移動線速度和角速度，以(Xc;，y。)表示幾何中心的參考位置，Θ。表示幾何中心的參考角度，(\，ω)表示其中心的參考線速度和角速度；在驅(qū)動輪的作用下，機器人會以一定的線速度V和角速度ω行駛，假定機器人輪子半徑為r，兩輪之間的距離為￥，其與左右輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為:
【文檔編號】G05D1/02GK103901889SQ201410119275
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】陳積明, 王凱, 趙虓虎, 劉浩 申請人:浙江大學