專利名稱：基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能控制方法，特別涉及一種可用于煤礦礦井下的多機器人路徑規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
煤炭工業(yè)是我國的國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，“煤炭在我國能源發(fā)展格局中的基礎(chǔ)地位是穩(wěn)固的，前景是開闊的”。建國60年來，煤炭作為我國的主要能源，在一次能源消耗結(jié)構(gòu)中約占70%。我國以煤炭作為主要能源的格局在今后50年內(nèi)不會有根本性的變化。隨著我國國民經(jīng)濟快速增長，人民生活水平不斷提高，國家對能源的需求將有較大幅度增加。 根據(jù)煤炭工業(yè)發(fā)展研究咨詢中心科學調(diào)查分析，預(yù)測全國煤炭需求2020年為20. 5億噸。 可以預(yù)測，到2020年，隨著我國經(jīng)濟總量翻兩番，對煤炭這一基礎(chǔ)的需求也將大幅度增長。 煤礦是復(fù)雜、危險的工作環(huán)境，不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)等危險因素太多，時常威脅到工人的生命安全。 而且在發(fā)生安全事故后，常常會因為井下復(fù)雜危險的環(huán)境而阻礙救援人員深入井下開展工作，也時常威脅到救援隊員的生命安全。機器人作為人類20世紀最偉大的發(fā)明之一，在短短40年內(nèi)發(fā)生了日新月異的變化。隨著通信、計算機、傳感、電子、控制等技術(shù)以及人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，集多種先進技術(shù)為一體的機器人技術(shù)在市場需求的牽引下已經(jīng)取得了很大的發(fā)展。單個的移動機器人所能獲得的信息有限，能夠完成的任務(wù)以及對信息的搜集能力也是有限的。隨著研究的深入，單個移動機器人在某些應(yīng)用上，顯得力不從心，為了解決這類問題，人們考慮在目前的機器人技術(shù)水平條件下，采用多個機器人相互協(xié)作以彌補單個機器人能力的不足，多機器人系統(tǒng)(multi-robot system)的研究在此需求下應(yīng)運而生。隨著機器人的研究和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，應(yīng)用的需求也對多機器人系統(tǒng)的研究提出了更高的要求，為了更好地完成任務(wù)，多個機器人協(xié)作完成任務(wù)也逐漸成為研究的熱點。美國是開展煤礦救援機器人研究較早的國家之一，早在1998年11月Sandia智能系統(tǒng)及機器人研究中心就推出了機器人用于煤礦檢測偵查，目前這種機器人已經(jīng)廣泛用于礦業(yè)救援、戰(zhàn)場偵察、掃雷等領(lǐng)域。俄羅斯的機器人研究者目前正在致力于研究一種昆蟲行走系統(tǒng)的小型仿生機器人，這種機器人也將應(yīng)用到井下救援偵查等方面。日本、英國、韓國等國家在偵查、救援機器人方面開展研究工作較多。英國科學家在2003年就根據(jù)達爾文的進化理論原理，設(shè)計出一種蛇形偵察機器人。我國搜救機器人水平與國外相關(guān)技術(shù)差距很大，主要是我國一直以來沒有對搜救機器人研究與開發(fā)給予足夠的重視，人力物力財力投入較少。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種在煤礦發(fā)生礦難，井下通信中斷， 情況復(fù)雜未知的狀況下，通過多個機器人相互協(xié)作，搜索出一條救援的最優(yōu)路徑。利用機器人本身自帶的傳感裝置，在搜索的過程中，對井下信息進行探定，搜集，達到救援的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供的基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟步驟1 獲取機器人所處環(huán)境的地理信息，初始化每個機器人的工作狀態(tài)，設(shè)置機器人預(yù)設(shè)搜索路徑；步驟2 機器人在前進搜索過程中，機器人通過傳感器探測環(huán)境信息，測得周圍障礙物的坐標位置，獲取當前狀態(tài)下的環(huán)境信息；步驟3 比較當前狀態(tài)下的環(huán)境信息與預(yù)設(shè)搜索路徑環(huán)境的地理信息，如果當前狀態(tài)下的環(huán)境信息與預(yù)設(shè)搜索路徑環(huán)境的地理信息不同，則該機器人發(fā)出區(qū)別信號；步驟4 同時在搜索過程中釋放信息素；步驟5 將每個機器人作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，建立Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；步驟6 機器人接收信息素，根據(jù)預(yù)設(shè)搜索路徑、接收的信息素來確定機器人的最優(yōu)路徑。進一步，所述步驟2中利用探測到環(huán)境信息，建立局部地圖，然后將局部地圖中的局部坐標轉(zhuǎn)換成整個環(huán)境的全局坐標，所述局部坐標與全局坐標通過以下公式進行Xg = r*cos ( θ r+ θ ) +Xr+ug*cos ( θ r) -Vg*sin ( θ r)(1)Yg = r*sin( θ r+ θ ) +Yr+ug*sin ( θ r) +Vg*cos ( θ r)(2)其中，(Xg，Yg)為障礙物在全局坐標系中的坐標，(Xr,Yr)為機器人在全局坐標系中的坐標，θ ^為機器人在全局坐標系角度，(ug,vg)為聲納在機器人上的局部坐標，θ為聲納在機器人上的局部坐標角度，r為聲納測距；進一步，所述步驟5中還包括為每個機器人設(shè)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)禁忌表，所述禁忌表記錄了 t時刻機器人已經(jīng)走過的網(wǎng)點，不允許該機器人在本次循環(huán)中再次經(jīng)過這些網(wǎng)點，當本次循環(huán)結(jié)束后，禁忌表顯示出該機器人當前建立的解決方案，之后被清空；當機器人完成一次循環(huán)，各路徑上的信息素量得到調(diào)整
權(quán)利要求
1.基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 獲取機器人所處環(huán)境的地理信息，初始化每個機器人的工作狀態(tài)，設(shè)置機器人預(yù)設(shè)搜索路徑；步驟2 機器人在前進搜索過程中，機器人通過傳感器探測環(huán)境信息，測得周圍障礙物的坐標位置，獲取當前狀態(tài)下的環(huán)境信息；步驟3 比較當前狀態(tài)下的環(huán)境信息與預(yù)設(shè)搜索路徑環(huán)境的地理信息，如果當前狀態(tài)下的環(huán)境信息與預(yù)設(shè)搜索路徑環(huán)境的地理信息不同，則該機器人發(fā)出區(qū)別信號；步驟4 同時在搜索過程中釋放信息素；步驟5 將每個機器人作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，建立Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；步驟6 機器人接收信息素，根據(jù)預(yù)設(shè)搜索路徑、接收的信息素來確定機器人的最優(yōu)路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于所述步驟2中利用探測到環(huán)境信息，建立局部地圖，然后將局部地圖中的局部坐標轉(zhuǎn)換成整個環(huán)境的全局坐標，所述局部坐標與全局坐標通過以下公式進行
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于所述步驟5中還包括為每個機器人設(shè)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)禁忌表，所述禁忌表記錄了 t時刻機器人已經(jīng)走過的網(wǎng)點，不允許該機器人在本次循環(huán)中再次經(jīng)過這些網(wǎng)點，當本次循環(huán)結(jié)束后，禁忌表顯示出該機器人當前建立的解決方案，之后被清空；當機器人完成一次循環(huán)，各路徑上的信息素量得到調(diào)整
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于所述步驟5中還包括為每個機器人建立通信網(wǎng)絡(luò)時采用的路由協(xié)議，所述路由協(xié)議為AODV路由協(xié)議，所述AODV路由協(xié)議包括路由查找和路由維護，所述路由查找為在源節(jié)點需要與其它節(jié)點通信但是又沒有相應(yīng)的路由信息時發(fā)起路由查找過程；源節(jié)點通過對鄰節(jié)點廣播路由請求RREQ來發(fā)起路由查找；AODV路由協(xié)議中的路由表包括目的節(jié)點、下一跳節(jié)點、距離目的節(jié)點的跳數(shù)、目的節(jié)點序列號、本路由的活躍鄰節(jié)點和本路由的超期時長，隨著節(jié)點移動，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不斷變化，迅速找到到達目地節(jié)點的路由，完成機器人之間的通信，實現(xiàn)信息的傳遞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于所述步驟6中通過在t時刻機器人k在節(jié)點i選擇節(jié)點j的轉(zhuǎn)移概率《(0來確定機器人的最優(yōu)路徑，采用以下公式進行計算
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于 所述機器人的傳感器，包括聲納、攝像頭、氣體傳感器、溫度傳感器、生命探測儀中一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于所述機器人所處的環(huán)境為煤礦礦井。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，涉及一種可用于煤礦環(huán)境的基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多機器人路徑規(guī)劃方法，屬于智能控制方法，本發(fā)明以蟻群算法為核心，對煤礦發(fā)生礦難后的復(fù)雜環(huán)境進行路徑規(guī)劃，尋找最優(yōu)路徑，達到救援的目的。并通過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，克服了蟻群算法通信缺乏、不能直接通信的問題；采用本發(fā)明的多機器人路徑規(guī)劃方法，可以使救援工作得到清楚的信息數(shù)據(jù)，使救援能夠更好的完成。
文檔編號H04W84/18GK102288192SQ20111018431
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者張毅, 徐曉東, 李敏, 李艷樂, 羅元, 胡章芳 申請人:重慶郵電大學