[发明专利]一种多机器人协同运动控制方法

说明书

本发明提供了一种多机器人协同运动控制方法，用二维网格图表示机器人工作区，将工作区分解为块，通过协同控制算法和实时启发式算法，使每个机器人均能找到总花费少、满足总CTL且可运动到目标位置的下一位置，实时避免静态障碍物，通过协同运动到达目标位置。本发明无需借助求解器进行求解，从栅格法和CTL、LTL的角度来考虑简化问题的求解，基于栅格的地图表示方法，即将整个环境分为若干相同大小的栅格。不需要提前已知全局环境信息，各机器人只能感知传感器范围内的环境信息和与通信范围内的机器人进行通信。克服了中心化控制易导致系统缺乏健壮性和可扩展性的缺陷，实现了多机器人的协同运动。

技术领域

本发明属于协同控制技术领域，具体涉及一种基于CTL的应用实时启发式算法的多机器人协同运动控制方法。

背景技术

随着科学技术的发展，移动机器人的应用越来越普遍，人们研制了可在各种环境下作业的移动机器人系统，如无人驾驶飞机(Unmanned Ariel Vehicle)，无人驾驶汽车(Unmanned Ground Vehicle)，无人潜航器(Unmanned Underwater Vehicle)等。同时，随着工业化的进展，诸如自动制造、柔性生产、搜索营救、环境监测、安全健康等许多领域面临着大量操作复杂、规模庞大的任务。因此，单一的机器人已经无法很好地完成这些任务。相比于单机器人系统，多机器人系统由于多个机器人的相互协作而具有一系列显著的优点，例如多机器人系统可以降低任务求解的复杂性、促进任务完成的高效性、增加系统的可靠性、简化系统的设计等。由于这些优越的特性，多机器人系统越来越受到人们的关注，吸引众多学者对其进行广泛而深入的研究。

使用形式化方法非常受益的一个机器人领域是路径规划。一般来说，通过形式化方法解决路径规划问题需要机器人工作空间的先验知识。时序逻辑如计算树逻辑(Computation Tree Logic，CTL)、连续随机逻辑(Continuous Stochastic Logic，CSL)、线性时序逻辑(Linear Temporal Logic，LTL)已被有效地应用于表达复杂高级规划规范。

在过去，有许多研究学者研究了基于时序逻辑的多机器人运动规划问题，但仍存在一些缺陷，具体体现在：1.直接将目标写为非线性数学规划的形式，CVX、MATLAB等无法求解，借助SMT、SNOPT等非线性数学规划求解器的方法，可能会出现求解时间长、线性求解不成功等问题；2.传统机器人的运动控制通常依赖于机器人的动力学方程(如速度、加速度、力矩等)，然而随着系统中机器人数量的增加，基于动力学方程的系统模型将变得高度耦合、高度复杂，从而使得系统不易求解；3.采用中心化控制会导致系统缺乏健壮性和可扩展性；4.大部分研究依靠于已知的全局环境信息，提出的离线路径规划算法，无法避免实时可能出现的障碍物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多机器人协同运动控制方法，该控制方法是一种基于CTL的应用实时启发式算法的方法，克服现有技术中假设全局环境信息已知而提出的离线路径规划算法存在的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种多机器人协同运动控制方法，用二维网格图表示机器人工作区，将工作区分解为块，通过协同控制算法和实时启发式算法，使每个机器人均能找到总花费最少、满足总CTL且可运动到目标位置的下一位置，实时避免静态障碍物，通过协同运动到达目标位置；

其中，总花费通过实时启发式算法得到，总CTL通过采用机器人的通信和栅格法实现多机器人的协同运动的协同控制算法来满足，i为机器人的编号。

所述协同控制算法包括以下步骤：