本發(fā)明涉及一種多機(jī)器人控制協(xié)調(diào)者產(chǎn)生方法，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，機(jī)器人技術(shù)廣泛應(yīng)用于災(zāi)難救援、數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中，多機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)有助于提高任務(wù)完成速度和效率，因此，多機(jī)器人的隊(duì)形控制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。

多機(jī)器人的隊(duì)形控制主要包括集中式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。集中式結(jié)構(gòu)中，由某一關(guān)鍵的個(gè)體進(jìn)行決策并與團(tuán)隊(duì)中的其他機(jī)器人進(jìn)行通訊，該核心個(gè)體可以優(yōu)化機(jī)器人的協(xié)調(diào)，監(jiān)視任務(wù)的完成情況。分布式體系結(jié)構(gòu)是指在機(jī)器人團(tuán)隊(duì)的控制結(jié)構(gòu)中沒(méi)有集中組織，單個(gè)機(jī)器人根據(jù)局部信息進(jìn)行自主決策。分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)單個(gè)機(jī)器人成員的故障或丟失具有魯棒性和可擴(kuò)展性，并且不易受通訊和計(jì)算誤差的影響。然而，分布式結(jié)構(gòu)算法相對(duì)復(fù)雜且獲取信息有限，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行較為全面的集中決策。多機(jī)器人隊(duì)形控制方法中主要針對(duì)選取好協(xié)調(diào)者后，其余非協(xié)調(diào)者機(jī)器人如何與協(xié)調(diào)者保持特定隊(duì)形，如柱形、直線形、三角形、菱形、楔形以及圓形等結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)者的選取方法主要根據(jù)機(jī)器人位置等選取。

在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)分簇是一種常用的方法，分簇傳感網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)相鄰的傳感節(jié)點(diǎn)聚合成簇，簇頭節(jié)點(diǎn)由簇內(nèi)的各傳感節(jié)點(diǎn)選舉產(chǎn)生。簇頭的選舉方法包括隨機(jī)選取、輪流選取方法等，選舉依據(jù)一般根據(jù)傳感節(jié)點(diǎn)的剩余能量或節(jié)點(diǎn)位置等?，F(xiàn)有的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的簇頭選舉方法主要適用于單跳的簇結(jié)構(gòu)中，不能適用于多跳的簇結(jié)構(gòu)中。

現(xiàn)有方法注重節(jié)點(diǎn)的能量，機(jī)器人組網(wǎng)時(shí)，機(jī)器人電池可先更換，能量會(huì)相對(duì)充足，因此，除了能量約束外，通過(guò)該機(jī)器人編組完成特定任務(wù)更為重要，更應(yīng)該注重機(jī)器人組網(wǎng)的性能，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/p>

多機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)中，需要多個(gè)機(jī)器人配合作業(yè)完成一些特定任務(wù)，此時(shí)需要產(chǎn)生一個(gè)協(xié)調(diào)者對(duì)這些機(jī)器人進(jìn)行集中控制和協(xié)調(diào)，以提高機(jī)器人作業(yè)的效率。多機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)中，有且僅有一個(gè)機(jī)器人協(xié)調(diào)者，該協(xié)調(diào)者負(fù)責(zé)管理和控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。與普通的網(wǎng)絡(luò)不同，該網(wǎng)絡(luò)可能為多跳網(wǎng)絡(luò)，即機(jī)器人協(xié)調(diào)者與非協(xié)調(diào)者之間可能無(wú)法直接通信，需經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。此時(shí)，現(xiàn)有的協(xié)調(diào)者選舉方法和分簇?cái)?shù)據(jù)傳輸方法將不能直接使用。

由于多機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)器人協(xié)調(diào)者與非協(xié)調(diào)者之間的數(shù)據(jù)傳輸要求要大于非協(xié)調(diào)者之間的數(shù)據(jù)傳輸要求。因此，提高協(xié)調(diào)者與非協(xié)調(diào)者之間的數(shù)據(jù)傳輸效率，有助于提高整個(gè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率，進(jìn)而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，提高任務(wù)的完成速度和效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在多機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)中，如何提高機(jī)器人協(xié)調(diào)者與非協(xié)調(diào)者之間的數(shù)據(jù)傳輸效率，進(jìn)而提高整個(gè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種多機(jī)器人控制協(xié)調(diào)者產(chǎn)生方法，其特征在于，該方法由以下2個(gè)步驟組成：

步驟1：選取多機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)中處于邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的中心位置的機(jī)器人為協(xié)調(diào)者；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)可能的中心位置時(shí)，選取周圍有較多機(jī)器人數(shù)量的機(jī)器人為協(xié)調(diào)者；

步驟2：確定協(xié)調(diào)者后，通過(guò)廣播和轉(zhuǎn)發(fā)方式通知所有機(jī)器人。

優(yōu)選地，所述步驟1的具體過(guò)程如下：

統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑跳數(shù)，并取出最短路徑中跳數(shù)最大的路徑；假設(shè)該路徑的跳數(shù)為M，M為正整數(shù)，該路徑的節(jié)點(diǎn)數(shù)為M+1；

a1)當(dāng)M為偶數(shù)時(shí)，取出該路徑的最中間節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者；

a2)當(dāng)M為奇數(shù)時(shí)，取出該路徑最中間的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，取一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)多的節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者；當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，取該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中節(jié)點(diǎn)ID小的為協(xié)調(diào)者。

更優(yōu)選地，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中最短路徑中跳數(shù)最大的路徑有多條時(shí)，設(shè)有L條路徑，L為大于1的整數(shù)，假設(shè)這些路徑的跳數(shù)為M，M為正整數(shù)，該路徑的節(jié)點(diǎn)數(shù)為M+1；

b1)當(dāng)M為偶數(shù)時(shí)，取出該L條路徑的最中間節(jié)點(diǎn)并計(jì)算節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，取一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)多的節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者；當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，取節(jié)點(diǎn)ID小的為協(xié)調(diào)者；

b2)當(dāng)M為奇數(shù)時(shí)，取出該L條路徑最中間的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算這些節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，取一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)多的節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者；當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，取節(jié)點(diǎn)ID小的為協(xié)調(diào)者。

優(yōu)選地，所述步驟2的具體過(guò)程如下：

2.1確定協(xié)調(diào)者后，擔(dān)任協(xié)調(diào)者的機(jī)器人發(fā)布廣播信息；

2.2非協(xié)調(diào)者接收到協(xié)調(diào)者的廣播信息后，如果是第一次接收到該廣播信息，則將該廣播信息繼續(xù)廣播，同時(shí)將自己的節(jié)點(diǎn)ID寫入該廣播信息的發(fā)送節(jié)點(diǎn)ID中。

更優(yōu)選地，所述廣播信息包含信息類型、源節(jié)點(diǎn)ID、發(fā)送節(jié)點(diǎn)ID、目的節(jié)點(diǎn)ID、協(xié)調(diào)者ID、信息結(jié)束標(biāo)識(shí)。

本發(fā)明針對(duì)多機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)器人之間需要多跳傳輸數(shù)據(jù)且網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者的數(shù)據(jù)傳輸需求較大的特點(diǎn)，通過(guò)選取多機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)中處于中心位置(邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的中心位置)的機(jī)器人為協(xié)調(diào)者；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)可能的中心位置時(shí)，選取周圍有較多機(jī)器人數(shù)量(較多的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù))的機(jī)器人為協(xié)調(diào)者；通過(guò)該協(xié)調(diào)者選取方法，減少協(xié)調(diào)者與其余網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率。

本發(fā)明提供的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，借鑒無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的簇頭選舉方法和網(wǎng)絡(luò)路由方法，有助于快速產(chǎn)生機(jī)器人協(xié)調(diào)者，通過(guò)選取網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)涞闹行臑閰f(xié)調(diào)者，減少網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者與其他節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)，減少數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，提高協(xié)調(diào)者與其他節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸效率，進(jìn)而提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率。本發(fā)明方法不僅適用于單跳的網(wǎng)絡(luò)中，而且適用于多跳網(wǎng)絡(luò)中。

附圖說(shuō)明

圖1為機(jī)器人組隊(duì)協(xié)調(diào)者確定示意圖；

圖2為協(xié)調(diào)者確定廣播信息結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本實(shí)施例提供了一種多機(jī)器人控制協(xié)調(diào)者產(chǎn)生方法，具體過(guò)程如下。

1、網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)機(jī)器人根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯_定擔(dān)任協(xié)調(diào)者的機(jī)器人，確定方法如下：

統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑跳數(shù)，并取出最短路徑中跳數(shù)最大的路徑；

A.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中最短路徑中跳數(shù)最大的路徑有且只有一條時(shí)，假設(shè)該路徑的跳數(shù)為M(M為正整數(shù))，該路徑的節(jié)點(diǎn)數(shù)為M+1；

(a1)當(dāng)M為偶數(shù)時(shí)，取出該路徑的最中間節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者；

(a2)當(dāng)M為奇數(shù)時(shí)，取出該路徑最中間的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，取一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)多的節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者(當(dāng)以連通圖來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)，節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)即為節(jié)點(diǎn)為頂點(diǎn)的度，即取度大的節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者)；當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，取該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中節(jié)點(diǎn)ID小的為協(xié)調(diào)者；

B.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中最短路徑中跳數(shù)最大的路徑有多條時(shí)，設(shè)有L條路徑(L為大于1的整數(shù))，假設(shè)這些路徑的跳數(shù)為M(M為正整數(shù))，該路徑的節(jié)點(diǎn)數(shù)為M+1；

(b1)當(dāng)M為偶數(shù)時(shí)，取出該L條路徑的最中間節(jié)點(diǎn)并計(jì)算節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，取一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)多的節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者；當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，取節(jié)點(diǎn)ID小的為協(xié)調(diào)者；

(b2)當(dāng)M為奇數(shù)時(shí)，取出該L條路徑最中間的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算這些節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，取一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)多的節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)者；當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，取節(jié)點(diǎn)ID小的為協(xié)調(diào)者。

協(xié)調(diào)者確定方法實(shí)例如圖1所示，圖1中各機(jī)器人節(jié)點(diǎn)之間的路徑連接用實(shí)線表示，節(jié)點(diǎn)N1到N2之間的最短路徑為節(jié)點(diǎn)N1經(jīng)過(guò)N4、N0后到達(dá)N2的路徑(表示為路徑P12)，該路徑有5跳6個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)N1到N3的最短路徑為N1經(jīng)過(guò)N4、N5到達(dá)N3的路徑，該路徑有4跳5個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，選擇路徑P12的中間節(jié)點(diǎn)N0和N4，而節(jié)點(diǎn)N0和N4的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)分別為5和3，因此，節(jié)點(diǎn)N0將被確定為協(xié)調(diào)者。

2、確定協(xié)調(diào)者后，通過(guò)廣播和轉(zhuǎn)發(fā)方式通知所有機(jī)器人。

2.1確定協(xié)調(diào)者后，擔(dān)任協(xié)調(diào)者的機(jī)器人發(fā)布廣播信息，廣播信息包含信息類型(TOS)、源節(jié)點(diǎn)ID(SID)、發(fā)送節(jié)點(diǎn)ID(TID)、目的節(jié)點(diǎn)ID(DID)、協(xié)調(diào)者ID(CID)、信息結(jié)束標(biāo)識(shí)(EOS)，格式如圖2所示。

(2.2)非協(xié)調(diào)者接收到協(xié)調(diào)者的廣播信息后，如果是第一次接收到該廣播信息則將該信息繼續(xù)廣播，同時(shí)將自己的節(jié)點(diǎn)ID寫入該廣播的發(fā)送節(jié)點(diǎn)ID中，格式如圖2所示。