技術領域

本發明涉多機器人系統協作領域，尤其涉及一種多機器人隊形變換方法。

背景技術

多機器人編隊是典型的多機器人系統協作課題，要求從系統的角度探討機器人群體的合作行為、信息交互及進化機制等。隨著多機器人學的發展，目前多機器人編隊控制已成為一個廣受關注的問題。

編隊控制，是指多機器人之間保持某種幾何位置關系向目標行進，且保持隊形或為適應周圍環境的約束而變換隊形的控制技術。很多研究者從不同角度提出了一些隊形控制算法，包括：

幾何法，從特定幾何形狀形成上研究機器人隊形控制。這種方法易于實現，適合控制數量不大的機器人群體。

Leader-Follower方法，這種方法將隊列中的機器人分為Leader與Follower兩種角色，通過Leader運動的控制，來控制整個隊列的運動。這種方法的優點是只需要給定Leader的行為或軌跡就可以控制整個機器人群體的行為。而該方法的缺點是系統中沒有明確的隊形反饋，例如隊列保持或形變對機器人運動能力的要求超出了單個機器人的性能范圍，就不能準確的執行預定動作。

行為控制法，首先為機器人規定一些期望的基本行為，一般情況下，機器人行為包括避障、保持隊形和隊形變換等。當機器人接受到外界環境刺激時，根據外部輸入信息做出反應，并輸出反應向量(比如說運動速度與航向)作為該行為的期望反應。行為選擇模塊通過一定的機制來綜合各行為的輸出，并將綜合結果作為機器人對環境刺激的反應而輸出。該方法中，協作是通過共享機器人之間的相對位置、狀態等知識實現的。

發明內容

本發明提供了一種多機器人隊形變換方法，該方法適合大群機器人的活動，而且不受單個機器人性能限制。

一種多機器人隊形變換方法，包括以下步驟：

將所有機器人置于一坐標系中，得到各機器人所在位置的坐標，同時將各個機器人所在的點依次連接形成一多邊形，計算求出該多邊形重心的坐標，隊形變換時分為靜態變換和動態變換兩種模式：

所述靜態變換是指機器人在靜止的情況下的變換，在靜態變換模式下，以所述的多邊形重心作為所要變換隊形的重心，以所有機器人的行走距離之和最短、隊列收斂時間最少作為衡量指標，求出所要變換隊形中各個機器人的坐標，最后根據坐標對應關系實現隊形變換；

靜態模式又分為兩種情況，一種是各機器人相對所要變換隊形的重心的角度固定，此時所有機器人行走的距離之和最短為：

minΣin|[(xcg+dicosθi)-xi′]2+[(ycg+disinθi)-yi′]2|]]>

隊列收斂最小時間為：