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申请/专利权人：福建(泉州)先进制造技术研究院

摘要：本发明提供一种机器人集群定位运动方法及系统，包括机器人之间通过无线自组网络进行通讯；从所有机器人中随机指定一个为领航机器人，其余为跟随机器人，以领航机器人为中心规划出各个机器人的移动路径，并控制各机器人按照移动路径移动以形成预设编队；各机器人的导航定位信息源包括卫星定位、惯性导航定位、计算机视觉、激光雷达和或无线定位，以控制机器人按照预设编队朝向目标位置移动；根据障碍物的位置确定避障路线和通过障碍物区域的编队队形，通过机器人相互之间的通讯实现编队的变化。本发明能够实现信息来源多元化、编队灵活且能保持编队队形、通讯去中心化、定位精度更高、控制更加精确与稳定以及顺利避障的目的。

主权项：1.一种机器人集群定位运动方法，其特征在于：包括：机器人之间通过无线自组网络进行通讯；从所有机器人中随机指定一个为领航机器人，其余为跟随机器人，以领航机器人为中心规划出各个机器人的移动路径，并控制各机器人按照移动路径移动以形成预设编队，移动路径与各机器人的当前位置坐标、预设编队中的期望位置坐标和任意两机器人之间的通讯情况有关，各机器人移动过程中，若领航机器人丢失，则重新随机指定领航机器人；行进过程中，各机器人的导航定位信息源包括卫星定位、惯性导航定位、计算机视觉、激光雷达和或无线定位，以控制机器人按照预设编队朝向目标位置移动；行进过程中，根据障碍物的位置确定避障路线和通过障碍物区域的编队队形，通过机器人相互之间的通讯实现编队的变化，以顺利通过障碍物区域，并在通过障碍物后恢复编队队形继续向目标位置移动；所述无线自组网络为由几个到几十个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络；所述规划移动路径具体为：任意两个机器人的目标函数为其中，zit为第i个机器人的当前横坐标与期望横坐标的差值，为第i个机器人的当前纵坐标与期望纵坐标的差值，aij、λij均为第i个机器人和第j个机器人之间的通讯情况，取值为0或者1，将这两个目标函数作为控制输入，即可控制第i个机器人和第j个机器人的横坐标纵坐标逐渐接近于期望位置的横坐标纵坐标；所述行进过程中，遇到障碍物时，根据如下步骤顺利通过障碍物区域：步骤S1、获取领航机器人的横坐标为纵坐标为和朝向为计算领航机器人与障碍物间的相对位姿为步骤S2、将领航机器人的相对位姿与其的探测区域进行比较，确定障碍物所在的区域，若障碍物位于领航机器人的正前方，进入步骤S3，若障碍物位于领航机器人左前区域和右前区域，进入步骤S4；步骤S3、以领航机器人为中心规划出避障路线和新的编队队形，所有机器人通过相互之间的通讯实现编队的变化，以顺利通过障碍物区域，并在通过障碍物后恢复之前的编队队形继续向目标位置移动；步骤S4、计算左前区域和右前区域两个区间的障碍物之间的距离 并计算参考距离ld＝lob-4dr+3ds，当ld≥A时，进入步骤S8，当ld＜0时，进入步骤S5，当0＜ld＜A时，进入步骤S6；步骤S5、以领航机器人为中心规划出避障路线和新的编队队形，该编队队形为一列，所有机器人进行移动避障，并在通过障碍物后恢复之前的编队队形继续向目标位置移动；步骤S6、若障碍物位于左前方，逐渐增大领航机器人与左侧最远跟随机器人间的角度直到满足下列计算公式的条件：再以领航机器人为中心规划出避障路线和新的编队队形，所有机器人通过障碍物后恢复之前的编队队形继续向目标位置移动；若障碍物位于右前方，则进入步骤S7；步骤S7、逐渐减小领航机器人与最远右侧跟随机器人间的角度直到满足下列计算公式的条件：再以领航机器人为中心规划出避障路线和新的编队队形，所有机器人通过障碍物后恢复之前的编队队形继续向目标位置移动；步骤S8、所有机器人保持编队不变，直接通过障碍物；其中，为左前区域的障碍物的坐标，为右前区域的障碍物的坐标，dr.为机器人的半径，ds.为机器人传感器的最大测量值，传感器包括计算机视觉和激光雷达，A为机器人当前的编队队形预设定的安全阈值，为左侧最远跟随机器人的纵坐标,l1为领航机器人与左侧最远跟随机器人间的间隔距离，为右侧最远跟随机器人的纵坐标,l2.为领航机器人与右侧最远跟随机器人间的间隔距离；跟随机器人在行进过程中的编队控制过程为：各跟随机器人的转移方程：单个跟随机器人的状态向量为Xi，t＝[xi，t，yi，t，vi，t，ωi，t，θi，t]T，其中，xi，t，yi，t为第i个跟随机器人t时刻的x，y轴坐标，vi，t：为第i个跟随机器人t时刻的速度，ωi，t：为第i个跟随机器人t时刻的角速度，θi，t为第i个跟随机器人t时刻的朝向，各跟随机器人的观测方程：Xi，t＝Xi，obj，t+tfi，x，t，其中，为依次对各随机机器人的位姿、速度、角速度和朝向的估计，[xi，o，tyi，o，tvi，o，tωi，o，tθi，o，t]为依次对各跟随机器人的位姿、速度、角速度和朝向的观测量，Xi，obj，t为各跟随机器人的状态观测量，tfi，x，t为进行tf变换；各跟随机器人定位调整位置的运动计算方程如下：运动学方程：其中，为系统对t时刻跟随机器人状态向量的估计，Xt-1.为t-1时刻跟随机器人状态向量，ut.为t时刻的队伍运动状态量；协防差转移:其中，Jt-1为雅可比矩阵，Pt-1t-1为t-1时刻的协方差，Qt为t时刻的置信度；实际观测量:其中，zt为t时刻领航机器人对跟随机器人的观测量，为t时刻跟随机器人自身的观测量估计变换，观测协方差:增益:其中，Ht为转移矩阵，Ptt-1为协方差转移，Rt为噪声；更新方程：其中，Xt.为t时刻机器人状态向量，为系统对t时刻机器人状态向量的估计；更新协方差转移：Ptt＝I-KtHtPtt-1，其中，I为单位矩阵；观测雅可比矩阵：

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