基于多智能体理论的搜救机器人系统运动控制方法
【专利摘要】本发明公开了基于多智能体理论的搜救机器人系统运动控制方法。运用于大规模、高效率机器人群的搜救技术不全面，特别是搜救机器人群的群体行为控制比较匮乏。本发明的具体步骤如下：一个领导者机器人和多个跟随者机器人组成队形进入区域A；具体搜索过程先由领导者机器人探索区域A的部分区域，如果没有被搜索过，留下一个跟随者机器人G1探索区域A，领导者机器人带领剩余跟随者机器人继续探索下一区域，直达探索完整个目标区域；跟随者机器人G1搜索完成区域A后找到领导者机器人，并跟随它。本发明为大规模搜救提供了可能；工作人员只需要通过终端控制领导者机器人，简化了控制方式，机器人之间高度自动化工作方式加强了控制效果。
【专利说明】基于多智能体理论的搜救机器人系统运动控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能控制领域，设及多智能体捜救机器人系统，具体设及一种基于多 智能体理论的捜救机器人系统运动控制方法。
【背景技术】
[0002] 多智能体系统（Multi-Agent System)是多个智能体组成的集合，它们共同组成一 个将大而复杂的系统建设成小的、便于通信协调管理的控制系统。多智能体系统的研究设 及到智能体的知识、目标、技能、规划和如何使智能体采取协调行动解决问题等。学者们主 要对智能体之间的交互通信、协调合作和冲突消解等进行研究。多智能体系统强调智能体 之间的紧密合作，而非单个智能体的自治和功能发挥。由于智能体体现了人类社会或者自 然界中的生物群体的自治性和适应性，因此多智能体系统具有很强的群体性。随着研究的 深入，很多学者已经将MS的相关技术应用到电子商务、交通控制、分布式智能决策、多机 器人系统、智能电网、军事和网络化的办公自动化等诸多领域中。
[000引在MS中，智能体如何在复杂的条件下相互协调，共同完成任务成为重要的基础。 多智能体技术提供了一种适合分布式计算和不确定问题求解的新方法，该是因为多智能体 系统放松了对集中式规划、顺序控制的限制，提供了分散控制、应急和并行处理的能力，它 是一个高度交叉的研究领域。
[0004] 在多智能体分布式协调合作控制问题中，一致性（consensus)作为多智能体之间 合作协调控制的基础，它对于多智能体系统具有重要的现实意义和理论价值。一致性是指 多智能体系统的各个智能体随着时间的变化趋于某一个状态。一致性协议是智能体之间相 互作用、信息交互的规则，它描述了每个智能体和其余一部分智能体之间的信息交互过程， 通常智能体和其相邻的智能体之间有信息交互。
[0005] 状态信息表示智能体节点进行协调控制所需要的信息，可W是速度、位置、角度或 决策量等信息。对于多智能体系统中的智能体节点i，它的状态可W表示为Zi(t) =Ui，若 智能体系统最终能够达到一致性，那么它的状态可W表示为||zi(t)-zj(t) I I -0, 且 t 一 〇°。
[0006] 编队控制是当前多智能体系统研究的热点问题，它指多智能体组成的团体在向特 定目标或者方向运动的过程中，相互之间保持预定的几何形态（即队形），同时又要适应环 境约束（如避开障碍物）的控制问题。一般而言，编队控制借助智能体间的局部交互实现 多智能体系统的群体行为，从而解决全局性的任务。
[0007] 多智能体理论研究的成果已经有很多了，特别是一致性的理论研究，而运用于实 际的多智能体系统却不多，实际运用多智能体理论将大大提高捜救机器人的自动性、协同 性和可控性。
[000引在灾难救援中使用捜救机器人有如下优点：①可W连续执行艰难的捜索救援任 务，如深入危险地带拍摄资料供研究人员分析查找，而不会像人一样感到疲倦；②可W进入 那些人和捜救犬无法进入的危险地带，且引起建筑物二次巧塌的可能性较小；⑨不怕火焰、 浓烟等危险和有害因素的干扰。
[0009] 目前机器人捜救工作大多集中于单个机器人的研究，而单个机器人适用于小规模 的捜救。当发生地震、森林火灾等大规模自然灾害需要捜救时，单个机器人的作用将减小。 运用于大规模、高效率机器人群的捜救技术还不是很全面，特别是捜救机器人群的群体行 为控制还比较匿乏。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于多智能体理论的捜救机器人 系统运动控制方法，先由一个领导者机器人和多个跟随者机器人组成队形，然后进入区域 A ;具体捜索过程先由领导者机器人探索区域A的部分区域，如果没有被捜索过，留下一个 跟随者机器人G1探索区域A，领导者机器人带领剩余跟随者机器人继续探索下一区域，直 达探索完整个目标区域；跟随者机器人G1捜索完成区域A后找到领导者机器人，并跟随它。
[0011] 本发明的具体步骤如下：
[0012] 步骤一、把捜救机器人群带到待捜索区域外，启动每个捜救机器人的直流电源，准 备进入待捜索区域进行捜救。
[0013] 步骤二、启动手持设备，领导者机器人与手持设备之间通过Zigbee模块建立通 信，同时捜救机器人群的无线网络自动建立，捜救机器人群之间的信息交流通过给定的多 智能体输出协议进行。所述的手持设备是领导者机器人的控制界面；所述的多智能体输出 协议是：
[0014]
【权利要求】
1. 基于多智能体理论的搜救机器人系统运动控制方法，其特征在于：该方法的具体步 骤如下： 步骤一、把搜救机器人群带到待搜索区域外，启动每个搜救机器人的直流电源，准备进 入待搜索区域进行搜救； 步骤二、启动手持设备，领导者机器人与手持设备之间通过Zigbee模块建立通信，同 时搜救机器人群的无线网络自动建立，搜救机器人群之间的信息交流通过给定的多智能 体输出协议进行；所述的手持设备是领导者机器人的控制界面；所述的多智能体输出协议 是：
t彡O;i，j= 1，2, ? ? ?N 其中，P和Q是权值，取值范围为O?1叫」为拉普拉斯矩阵中对应的值；xJt)为第i个智能体在t时刻测得的状态量；0是积分时间；Ui (t)表示不加积分的控制输出： Ui(t) = - 2atj {(Xi(t)-Xj(t)) + 2aJk(Xi(t) -xk (t))},tO；i,j=I, 2, . . .N 通过多智能体输出协议，搜救机器人群将保持预定队形，然后通过手持设备控制领导 者机器人进入搜索区域，跟随者机器人根据多智能体输出协议自动按队形进入搜索区域； 跟随者机器人通过RSSI定位和电子罗盘定位获得附近机器人的位置； 步骤三、领导者机器人通过GPS获得自己的位置，判断该位置所属区域是否有搜索过， 如果搜索过，直接带领跟随者机器人离开，如果还没搜索过，把最后一个跟随者机器人在多 智能体输出协议中挂起，该跟随者机器人将搜索该位置所属区域；领导者机器人之后判断 有跟随者机器人将脱离Zigbee无线网络时，留下一个跟随者机器人作为路由，接下来继续 探索下一块区域； 步骤四、挂起的跟随者机器人用红外生命探测模块进行探测，并搜索领导者机器人给 定的区域，如果找到被困人员，立刻通过Zigbee无线网络将GPS信号发给手持设备；挂起的 跟随者机器人完成搜索后驶向领导者机器人，继续加入多智能体输出协议并继续跟随； 步骤五、手持设备接收跟随者机器人发送的GPS信号，根据GPS信号救援被困人员。
2. 根据权利要求1所述的基于多智能体理论的搜救机器人系统运动控制方法，其特征 在于：所述的RSSI定位可以测得距离，公式为：
其中，P(d)表示接收端与发射机的距离为d时接收端接收到的信号强度，即RSSI值；Cltl为测量信号强度时的参考距离，取值为Im;n是路径损耗；X是一个以dBm为单位、平均值 为〇的高斯随机变量。
【文档编号】G05D1/02GK104503454SQ201410814139
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】高金凤, 卜斌, 冯立晖, 徐勇 申请人:浙江理工大学