的估計值。若接收到的數(shù)據(jù)在正常范圍之內(nèi)，則根據(jù)接 收到的領(lǐng)航機器人數(shù)據(jù)計算跟隨機器人位置信息并向其運動，若數(shù)據(jù)異常，則啟用預(yù)測點 代替異常數(shù)據(jù)點并計算作為下一時刻的跟隨者軌跡點并向其運動；
[0062] 所述的數(shù)據(jù)更新策略為，下一時刻的跟隨機器人軌跡點值是根據(jù)當(dāng)前時刻的跟隨 機器人軌跡點值與數(shù)據(jù)超出正常范圍的最大闊值關(guān)系來確定的，通過分別判斷當(dāng)前時刻和 下一時刻的跟隨機器人軌跡點值在沿平臺X、Y軸方向的距離是否滿足通信數(shù)據(jù)異常范圍來 做出更新決定。
[0063] 步驟7,利用全局定位系統(tǒng)不斷更新編隊中各機器人的位置姿態(tài)信息，直到領(lǐng)航跟 隨編隊到達(dá)目標(biāo)點。
[0064] 圖2是本發(fā)明方法的控制方法流程圖。首先初始化各機器人位置，初始化粒子群， 初始化編隊系統(tǒng)，然后開始運動，跟隨者獲取領(lǐng)航者位置信息并計算自己的位置信息，與此 同時記錄訓(xùn)練數(shù)據(jù)，使用粒子群算法優(yōu)化預(yù)測模型參數(shù)，利用優(yōu)化后的參數(shù)建立預(yù)測模型， 然后不斷用下一時刻的數(shù)據(jù)更新預(yù)測模型，并向后預(yù)測得到新的預(yù)估軌跡，跟隨者對獲得 的自身位置信息做出判斷，若數(shù)據(jù)在正常范圍之內(nèi)，則跟隨者按給定軌跡運動，若出現(xiàn)短暫 通信數(shù)據(jù)異常，則啟用預(yù)估點作為跟隨者軌跡點，領(lǐng)航跟隨者各自按軌跡點運動，判斷編隊 隊形是否滿足要求，若不滿足要求，則各機器人進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，若滿足要求，則判斷是否到 達(dá)目標(biāo)點，若沒有到達(dá)目標(biāo)點，則循環(huán)執(zhí)行上述操作，若到達(dá)目標(biāo)點，則編隊運動結(jié)束。
[0065] W上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范 圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方 案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，其特征在于，所述控制方法包括全 局定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、算法處理系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)以及標(biāo)定不同顏色的移動機器人;全 局定位系統(tǒng)利用攝像頭對不同顏色的移動機器人進(jìn)行顏色識別，采集移動機器人的位姿信 息;無線通信系統(tǒng)將采集到的位姿信息發(fā)送給各機器人;算法處理系統(tǒng)根據(jù)接收到的各移 動機器人位姿信息做出運動控制及協(xié)調(diào)編隊算法處理，并且不斷地與調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行信息交 互，調(diào)速系統(tǒng)采集處理各移動機器人的速度信息，對實際控制輸出不斷做出反饋，實時矯正 速度偏差，最終完成各移動機器人編隊運動的控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，其特征在于， 所述方法的步驟如下： 步驟1，在工作平臺中，利用全局定位系統(tǒng)獲取編隊中各機器人相對于平臺全局坐標(biāo)系 的位置坐標(biāo)信息； 步驟2,根據(jù)各機器人的位置坐標(biāo)信息構(gòu)建領(lǐng)航機器人與跟隨機器人之間的相對位置 角度關(guān)系式，定義編隊期望的領(lǐng)航機器人與跟隨機器人的距離角度關(guān)系，得到誤差動力學(xué) 方程，進(jìn)而推導(dǎo)出跟隨機器人的運動控制率； 步驟3,在編隊運動過程中，領(lǐng)航機器人向目標(biāo)點自主運動并通過無線通信系統(tǒng)不斷向 跟隨機器人發(fā)送信息，跟隨機器人接收領(lǐng)航機器人信息并計算自己的位置，記錄跟隨機器 人每一時刻的位置信息作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，建立基于非線性最小二乘法的跟隨機器人軌跡預(yù)測 豐旲型； 步驟4,利用粒子群算法解決軌跡預(yù)測模型參數(shù)選取問題，將軌跡預(yù)測模型的一組參數(shù) 作為軌跡預(yù)測模型的一組解，初始化粒子群，計算每個粒子的適應(yīng)度函數(shù)，根據(jù)粒子的適應(yīng) 度函數(shù)值更新粒子的個體極值及全局極值； 步驟5，利用迭代公式更新每個粒子的速度和位置； 步驟6,不斷利用下一時刻的數(shù)據(jù)更新軌跡預(yù)測模型，并向后預(yù)測軌跡信息，定義一個 通信數(shù)據(jù)異常范圍，若接收到的數(shù)據(jù)在正常范圍之內(nèi)，則根據(jù)接收到的領(lǐng)航機器人數(shù)據(jù)計 算跟隨機器人位置信息并向其運動;若數(shù)據(jù)異常時，則啟用預(yù)測點代替異常數(shù)據(jù)點作為下 一時刻的跟隨機器人軌跡點； 步驟7,利用全局定位系統(tǒng)不斷更新編隊中各機器人的位置姿態(tài)信息，直到領(lǐng)航跟隨編 隊到達(dá)目標(biāo)點。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，其特征在于： 所述的全局定位系統(tǒng)由上位機和一個高清CCD攝像頭組成，將高清CCD攝像頭置于工作平臺 的頂部，對平臺中每個移動機器人標(biāo)定不同的顏色，利用顏色識別算法獲取機器人在平臺 中的位置和姿態(tài)信息，再將信息傳回上位機進(jìn)行處理，上位機處理后再發(fā)送給各移動機器 人，從而實現(xiàn)移動機器人的全局定位。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，其特征在于： 所述的無線通信系統(tǒng)包括上位機、移動機器人及無線路由器，移動機器人上安裝有無線收 發(fā)模塊，上位機和無線路由通過網(wǎng)線連接，上位機、移動機器人和無線路由器組成基于局域 網(wǎng)的通信系統(tǒng)，通過建立上位機與各機器人之間以及各機器人之間的通信協(xié)議，實現(xiàn)上位 機與機器人、機器人與機器人之間的無線通信。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，其特征在于： 所述算法處理系統(tǒng)，由DSP數(shù)字信號處理器組成，安裝在機器人內(nèi)部，在該DSP數(shù)字信號處理 器中植入基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊運動控制算法，接收來自無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)， 對機器人的自主運動及編隊協(xié)調(diào)控制作出處理。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，其特征在于： 所述調(diào)速系統(tǒng)包括測速碼盤模塊、Arduino模塊及PID調(diào)速模塊； 其中，所述的測速碼盤模塊由光柵盤和光電檢測裝置組成，安裝在機器人的左右輪電 機旁，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)反映當(dāng)前左右輪電機的轉(zhuǎn)數(shù)，并結(jié)合車輪 轉(zhuǎn)動一周的周長，換算得到移動機器人電機左右輪的實際轉(zhuǎn)速； 所述的Arduino模塊為Arduino Mega 2560單片機，安裝在機器人內(nèi)部，用于擴展機器 人的數(shù)字和模擬輸入輸出口，進(jìn)而采集接收測速碼盤輸出脈沖個數(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理 后，通過I2C總線發(fā)送給算法處理系統(tǒng)； 所述的PID調(diào)速模塊是基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器，是在經(jīng)典PID控制器的基礎(chǔ)上，將 Arduino模塊傳回的實測速度與算法處理系統(tǒng)中的理論速度做誤差比較，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)化PID控制器參數(shù)，從而實現(xiàn)機器人在不同運動狀態(tài)下控制器參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實時矯 正速度偏差。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，其特征在于： 步驟6中，所述的通信數(shù)據(jù)異常范圍，是利用全局定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)采集每幀圖像， 并且計算發(fā)送機器人位置信息的時間間隔及機器人的平均運動速度來確定通信數(shù)據(jù)是否 為異常數(shù)據(jù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，其特征在于： 步驟6中，所述的數(shù)據(jù)更新策略為，下一時刻的跟隨機器人軌跡點值是根據(jù)當(dāng)前時刻的跟隨 機器人軌跡點值與數(shù)據(jù)超出正常范圍的最大閾值關(guān)系來確定的，通過分別判斷當(dāng)前時刻和 下一時刻的跟隨機器人軌跡點值在沿平臺X、Y軸方向的距離是否滿足通信數(shù)據(jù)異常范圍來 做出更新決定。
【專利摘要】一種基于領(lǐng)航跟隨的移動機器人編隊控制方法，由全局定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、算法處理系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)組成，全局定位系統(tǒng)獲取每個機器人的位姿信息，經(jīng)無線通信系統(tǒng)發(fā)送給算法處理系統(tǒng)，通過與調(diào)速系統(tǒng)的信息交互最終實現(xiàn)編隊運動控制。在控制算法中首先建立領(lǐng)航跟隨編隊運動模型，給出跟隨機器人運動控制率，然后建立跟隨機器人軌跡預(yù)測模型，采用非線性最小二乘法預(yù)測模型，利用改進(jìn)的粒子群算法優(yōu)化預(yù)測模型參數(shù)，定義通信數(shù)據(jù)異常范圍，啟用預(yù)測點代替異常點以保證編隊運動。本發(fā)明引入預(yù)測模型，避免暫通信異常而導(dǎo)致的編隊隊形偏離現(xiàn)象，確保跟隨機器人運動的可靠性，極大地提高編隊的穩(wěn)定性。
【IPC分類】G05D1/00
【公開號】CN105527960
【申請?zhí)枴緾N201510957722
【發(fā)明人】羅小元, 管玲, 閆敬
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月18日