[发明专利]一种可实现蜂拥控制的机器人小车系统及其控制方法

权利要求书

1.一种可实现蜂拥控制的机器人小车系统，其特征在于，包括两轮履带小车、上位机和无线通信系统，其中：

所述两轮履带小车的数量为多个，每个两轮履带小车通过搭载的传感器获取自身的位置、速度、方向信息，并通过无线通信系统将上述信息发送到上位机；

所述上位机，根据多个两轮履带小车发来的信息，通过蜂拥控制方法确定每个两轮履带小车的运动指令，并将运动指令通过无线通信系统发送给相应的两轮履带小车，两轮履带小车在得到运动指令后做出相应的运动；

所述通过蜂拥控制方法确定每个两轮履带小车的运动指令，具体如下：

使用卡尔曼滤波，采用集中式数据融合方式，对传感器读取的小车的当前位置(x,y),当前车头角度θ与上位机计算出的理论值进行融合：

上位机计算出的理论值根据下式积分得到：

其中，θ＝θ+dt*u₂，x＝x+dt*u₁*cosθ，y＝y+dt*u₁*sinθ；

u₁为小车速度，u₂为小车车头角速度，dt为测量时间间隔；

然后根据t-1时刻传感器测量值s_pre的误差q，以及建模计算得到的变量值s_star的误差p，计算得到比例系数k，并进行融合得到t时刻的变量值s：

s＝s_star*k+s_pre*(1-k)

将融合后得到的s值传送给上位机，进行运算为下一时刻发送速度指令；

设定小车初始位置为(0，0)，初始速度为0.1，初始车头角度为0，小车的当前位置为(x，y)，当前速度为u₁，当前车头角度为θ，当前车头角速度为u₂，小车的目标位置为(xr，yr)，目标速度为(vrx，vry)，小车车轮直径为d，同时引入中间变量C₁、C₂、Mr、A、a；

上位机的数学关系推导如下：

小车的控制方程为：

建立小车的位置数组速度数组加速度数组

记：

则再根据计算出小车的左右轮转速，从而控制小车运动；

由上述方程可知，通过已知的小车当前速度u₁、当前位置(x，y)、当前车头角度θ、以及小车的目标位置(xr，yr)、目标速度(vrx，vry)，和两个参数C1、C2，然后由进行迭代得到下一时刻新的u₁，由此不断迭代运算就能够实现位置、速度、方向的更新，从而达到控制小车运动的目的。

2.根据权利要求1所述的可实现蜂拥控制的机器人小车系统，其特征在于，所述两轮履带小车包括车体(1)，以及安装在车体上的微型控制器(2)、电机控制芯片i298n(3)、12V电源(4)、电机(5)、履带及电机固定装置(6)、履带(7)：

所述微型控制器(2)包括6轴陀螺仪、加速度计和蓝牙模块，6轴陀螺仪、加速度计用于测量机器人小车的状态信息，蓝牙模块用于实现蓝牙通信、输出控制信号到电机控制芯片i298n(3)；

所述电机控制芯片i298n(3)用于接收微型控制器(2)的控制信号、电机(5)的转向和转速，并且为微型控制器(2)提供5V电源；

所述12V电源(4)为12V/800mAH锂电池，用于为微型控制器(2)、电机控制芯片i298n(3)、电机(5)供电；

所述履带及电机固定装置(6)用于将电机(5)、履带(7)固定在车体(1)上；

所述履带(7)由电机(5)驱动。

3.根据权利要求2所述的可实现蜂拥控制的机器人小车系统，其特征在于，所述的所述微型控制器(2)采用Curie Nano英特尔居里微型控制器，该微型控制器使用Arduino开源电子原型平台，蜂拥控制的仿真采用matlab语言编写。