一種引入通信的多移動機器人編隊方法

摘要:提出以視覺跟蹤為基礎并引入通信進行多機器人的編隊控制方法，根據需要編寫了一種新的通信協議，采用閉環lΦ實現編隊算法#65377;這種多機器人編隊控制避免了視覺系統的局限，能夠更好地在復雜未知環境中協作完成任務，解決了編隊控制的無反饋和實時性不高的問題，使得機器人能夠準確迅速地進行跟蹤和通信編隊，一起順利達到目標點#65377;試驗結果證明了該方法的有效性#65377;

關鍵詞:多移動機器人;編隊控制;通信協議;跟蹤

中圖分類號:TP242.6文獻標志碼:A

文章編號:1001-3695(2007)10-0059-02

近年來，機器人的研究和應用領域不斷擴大#65377;為了更好地完成任務，多個機器人協作完成任務的研究逐漸得到重視#65377;在多移動機器人的研究中，編隊問題最先擺在前面，即多個機器人如何站隊才能有效地運行并完成任務[1，2]#65377;所謂隊形控制，就是指多個移動機器人在前進的過程中保持某種隊形， 同時又要適應環境(如障礙物)約束的控制技術[3]#65377;研究較多的隊形[4]有橫隊形#65380;縱隊形#65380;菱形和楔形， 這主要是從軍事需要的角度考慮的#65377;目前最常用的是基于通信的編隊控制，但通信的實時性往往不理想，效果不好#65377;本文采用的是利用機器人的眼睛進行快速編隊，并結合通信方式進行兩個移動機器人的編隊控制#65377;

1系統結構

本文使用的機器人是雙輪驅動的小車型機器人#65377;機器人系統主要由機械系統(移動平臺本體等)#65380;驅動控制系統(驅動控制電路#65380;本體驅動電機#65380;視覺云臺控制電機)#65380;視覺系統(攝像頭#65380;圖像采集卡等)#65380;傳感器系統(紅外#65380;超聲等傳感器)#65380;通信系統#65380;上位機系統等組成#65377;總體結構如圖1所示#65377;

智能機器人平臺采用了主從結構的分布式處理方式，由上位機系統來協調控制各個子模塊系統#65377;各個子系統均有自己的數據處理機制，數據處理都在本模塊的DSP處理器中完成#65377;上位機只是負責數據融合#65380;任務分解#65380;策略選擇制訂#65380;協調控制各子模塊等工作#65377;當上位機需要某個模塊的數據時，子模塊向上位機提供該模塊經過處理后的數據#65377;由于大量的數據處理都在各個子模塊中完成，上位機得到的都是經過處理后的少量數據，大大減少了上位機的負擔#65377;采用這種方式既提高了上位機的效率，又增加了系統的穩定性，方便系統的維護#65377;機器人的視覺機構和通信模塊相互補充使得本文的控制方法得以實現#65377;

2通信模塊

機器人之間的通信是相互協作很重要的方面，要求通信的穩定性和快速性#65377;機器人以打包(pack)的形式發送數據，同時接收其他機器人的信息#65377;以leader機器人為參考點，其他follower機器人通過接收leader機器人的信息決定自己下一步的位置，從而形成一定的隊形#65377;

3編隊策略

目前研究的完全基于通信方式的編隊控制實時性不高，效果不好#65377;因此本文采用跟蹤的方法和通信相結合的方法進行兩個機器人的編隊控制#65377;機器人的跟蹤已經是很成熟的技術，反應時間快#65380;效果好，利用跟蹤的方法可以彌補通信實時性差的缺點#65377;但機器人的視覺范圍是有限的，在環境復雜#65380;障礙物多時很容易失去跟蹤目標，利用通信的方法可使得機器人重新找到目標#65377;兩種方法結合起來就可更有效地進行編隊控制#65377;

在初始情況下，leader機器人是被跟蹤目標，follower機器人時刻監控leader的狀態，并與之保持設定的距離和角度#65377;在失去目標的情況下，follower主動發送信息表示跟蹤失敗，leader機器人在接收到follower的跟蹤失敗信息后，發送數據包告訴follower自己的位置和狀態;follower根據得到的數據把leader的位置作為臨時目標點并決定下一步如何前進#65377;控制過程如圖2所示#65377;

5結束語

在以往的多機器人編隊控制研究中，缺乏隊形反饋的環節#65377;本文引入機器人之間的通信技術，提出了利用視覺傳感器并結合通信的隊形控制方法，既提高了控制的快速性，也進一步提出了多機器人隊形控制反饋的問題，解決了感知盲區的編隊問題#65377;但是當機器人數量增加時，就存在通信沖突的問題;當機器人數量增多時，就要提出更完善的通信機制保證通信暢通#65377;因此，提高通信質量也是一個值得研究的問題#65377;

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