[发明专利]一种状态受限的多机器人系统协同控制方法及系统

权利要求书

1.一种状态受限的多机器人系统协同控制方法，其特征在于，包括：

确定多机器人系统运动模型，以及机器人状态约束条件；

设置m个虚拟领导者机器人，并将m个领导者的状态与机器人状态受限的条件相关联；

设计机器人控制律，控制剩余机器人进入到由m个领导者组成的凸包内，实现所有实体机器人的状态约束；

当二维空间中机器人所有状态都受限时，假设在这n个机器人中有m个静态领导者，mn，他们的控制律是：

当剩余n-m个实体机器人的控制律设置为：

时，

所有的实体机器人状态能够进入由m个虚拟领导者构成的凸包内，实现多机器人状态受限条件下的协同控制；

其中，a_ij(t)是邻接矩阵A的元素，p_i(t)表示第i个机器人的位置信息，是常数，c_j表示机器人之间相对位置约束关系，c_j的取值需要根据机器人受限状态设置。

2.如权利要求1所述的一种状态受限的多机器人系统协同控制方法，其特征在于，由m个虚拟领导者和n－m个实体机器人构成的系统通信拓扑图用有向图G来表示，其中n-m个实体机器人构成的信息拓扑图用无向图表示，拓扑图所对应的Laplacian矩阵L为：

其中，为n-m阶方阵，为(n-m)×m阶矩阵，是由围成的凸包。

3.如权利要求1所述的一种状态受限的多机器人系统协同控制方法，其特征在于，当二维空间中机器人部分状态受限时，设置m个虚拟领导者，他们的控制率为：

其中，虚拟领导者以设定的速度v_i沿不受限制的方向运动。

4.如权利要求3所述的一种状态受限的多机器人系统协同控制方法，其特征在于，由m个虚拟领导者和n－m个实体机器人构成的系统通信拓扑图用有向图G来表示，其中n-m个实体机器人构成的信息拓扑图用无向图表示，拓扑图所对应的Laplacian矩阵L为：

其中，为n-m阶方阵，为(n-m)×m阶矩阵，是由围成的凸包。

5.如权利要求3所述的一种状态受限的多机器人系统协同控制方法，其特征在于，当n-m个实体机器人的控制律设计为：

时，所有的实体机器人能够进入由虚拟领导者构成的凸包内，实现状态受限条件下的机器人协同运动；

其中，p_i(t)是第i个机器人的位置信息，p_j(t)是第j个机器人或虚拟领导者的位置信息，c_j表示机器人之间相对位置约束关系，c_j的取值需要根据机器人受限状态设置，β是一个正常数，且βγ_l,γ_l＝sup_i＝1,…,m|v_i(t)|，a_ij(t)是邻接矩阵A的元素，sgn(·)是符号函数。

6.如权利要求1所述的一种状态受限的多机器人系统协同控制方法，其特征在于，设计机器人控制律后，还包括：

将多机器人系统运动模型由质点模型转换为小车模型，取两轮轴线外的一点α_i＝(p_i；q_i)作为机器人的参考中心，机器人的运动参考中心到机器人轮轴中心距离为d_i，将机器人的控制律转换为：

实现质点模型到机器人模型的转换，其中θ_i为机器人的方向信息，u_xi、u_yi分别表示机器人的控制量在x、y轴上的控制分量。