[发明专利]基于Voronoi图的群组机器人自组装路径规划方法

说明书

本发明涉及一种基于Voronoi图的群组机器人自组装路径规划方法，将目标点具象化为若干的坐标点，由这些目标点来描述目标配置，通过匈牙利算法在此基础上分配机器人和目标点之间的对应关系，当机器人与目标点之间的对应关系确定后，分别做机器人与其对应目标点之间的连线，相应地这条直线会与每个机器人所在的单元有一个交点或目标点已经位于单元内，如有交点，则这个交点将被作为该机器人下一次运动的目标点，否则直接移动到目标点，如此迭代，使得每个机器人都运动到目标位置。本发明所实现的路径规划方法在时间消耗、方案适用性以及路径长度上均有很大程度的提升，目标配置精度高，“死锁”概率小，节约时间，减少能源消耗。

技术领域

本发明涉及一般的控制或调节系统；这种系统的功能单元；用于这种系统或单元的监视或测试装置的技术领域，特别涉及一种数量较为庞大的机器人群体的自组装实现且可拓展应用于路径规划的基于Voronoi图的群组机器人自组装路径规划方法。

背景技术

群组机器人是指数量较为庞大的机器人群体，互相关联、各自分配任务。

现有技术中，群组机器人自组装方法普遍存在着耗时长、路径不合理等缺陷。群组机器人的路径规划方法主要包括领导者-跟随者策略、行为和规则方法、基于压缩voronoi图实现自组装的方法。领导者-跟随者策略通过选举出领导机器人，其它机器人保持一定距离的跟随来实现，这一方法存在着精度低，碰撞可能性高等缺陷。行为和规则方法是将人类或生物群体的活动规律引入到群组机器人的路径规划当中，这类方法最大的不足在于随着机器人数量的增多，时间消耗会大幅增加。基于压缩Voronoi图实现自组装的方法虽然在时间消耗上有较大的改善，但仍存在着目标配置精度低、高维状态下“死锁”频发而造成时间损耗再次加长的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种优化的基于Voronoi图的群组机器人自组装路径规划方法，在时间消耗、方案适用性以及路径长度上均有很大程度的提升，节约时间，减少能源消耗。

本发明所采用的技术方案是，一种基于Voronoi图的群组机器人自组装路径规划方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：得到目标配置，基于目标配置确认所有目标点的坐标位置、所有机器人的初始位置及可活动区域；

步骤2：若当前所有机器人到达各自对应目标点的坐标位置处，则算法结束，否则，进行下一步；

步骤3：采用匈牙利算法为每个机器人分配目标点；

步骤4：根据当前所有机器人的所在位置，在可活动区域内生成Voronoi图；

步骤5：判断每个目标点是否在对应机器人所在的单元内，如是，则直接将机器人移动到目标点，否则，获得当前机器人到对应目标点的连线，取连线与当前机器人所在的单元的交点，将当前机器人移动到所述交点；当所有机器人移动完后，返回到步骤2。

优选地，所述步骤3中，采用匈牙利算法为每个机器人分配目标点包括以下步骤：

步骤3.1：建立资源分配的效益矩阵Z₀，Z₀为n*n的矩阵；

步骤3.2：将Z₀以行为单位，每行减去当前行中最小的元素，得到Z₁，Z₁中每行均有至少一个0元素；

步骤3.3：将Z₁以列为单位，每列减去当前列中最小的元素，得到Z₂，Z₂中每列均有至少一个0元素；

步骤3.4：针对Z₂，从单个0元素的行或列开始，将其中的0元素变为Θ，将这个0元素所在列或行的其它0元素置为Φ，重复，直到处理完所有列或行的单个0元素；