一种机器人队列的控制方法及系统与流程

本发明属于智能控制领域，尤其涉及一种机器人队列的控制方法及系统。

背景技术：

随着机器人技术的发展，机器人的功能越来越多，应用也越来越广泛。同时，依赖机器人所需要完成的任务越来越精密和复杂，单个机器人逐渐难以完成人们制定的目标。多个机器人组成机器人系统，通过列队自动完成既定任务，逐渐成为机器人领域发展的重要趋势。同时，使用机器人列队技术更加方便的对多个机器人进行管理。

多机器人的队形控制问题是近来控制领域的热点问题，其主要任务是使多机器人的队形控制更加的准确。所谓的多机器人的队形控制是指多个机器人在达到目标的过程中，保持预设定的某种队形，同时又要克服周围环境的干扰和影响的一种控制技术。多机器人保持一定的队形有着以下的好处：一是便于对机器人的管理；二是能够保持系统的稳定性和安全性；三是能够提高整体的工作效率。

目前，基于磁条等的机器人列队，需要预先设置磁条，对场地和安装都相对复杂，不利于机器人对环境的适应，无法完成复杂的机器人团队协作。对于机器人列队控制方面，还有基于行为法、人工势场法、跟随领航法、虚结构法、循环法以及分布式控制算法。其中基于行为法控制策略简单，但是队形控制的稳定性难以保证；人工势场法的实时控制优秀但是势场函数的设计困难；虚结构法的控制精度高，缺点是缺乏灵活性；循环法的稳定性不高；分布式控制考虑到了每个机器人的特性，具有较强的灵活性和鲁棒性，缺点是机器人个体的制造成本较高；跟随领航法机器人平均成本低，控制简单，但是对领航机器人的依赖性较大，可靠性较差。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种基于视觉的机器人队列的控制方法及系统，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种利用机器视觉，进行机器人视觉跟踪、定位，完成机器人队列的控制方法及系统，可以适应任意场地和任意环境，无需额外的增加辅助设备。

本发明的机器人队列的控制方法，包括步骤：

(1)各机器人接收列队指令，其中一个机器人为领航机器人，其余机器人为跟随机器人，领航机器人按照设定的速度和路线工作；

(2)跟随机器人扫描周围其它机器人，寻找其它机器人上的色块图像标识，并判断是否寻找到色块位置；

(3)在机器人寻找到色块位置后，进行色块判断，依照设定距离定位、移动；

(4)判断是否形成机器人队列，是，则发送位置信息进行归位，否，则继续进行色块判断；

(5)在机器人没有找到色块位置后，向后台上传信息，后台解除列队指令，发送位置信息进行归位。

进一步的，当有机器人脱队的情况出现时，将脱队信息上传给后台，后台根据当前脱队机器人的队列信息，规划出该脱队机器人的归队路线或使该脱队机器人返航。

进一步的，所述步骤(3)中，当前机器人通过定位图像中的色块图像标识来定位前一个机器人的位置，并根据色块在整个图像中的偏移调整当前机器人的行径角度，同时根据图像识别出与前一个机器人的距离，根据与设定的距离比较调整速度。

进一步的，所述步骤(3)中进行色块判断时，机器人首先转动头部扫描周围环境，寻找色块，找到匹配的外形图；然后根据外形图判断是否为队列中的机器人，若是，则继续识别色块的编号信息，根据编号信息，进行定位，否，则继续寻找色块。

本发明的机器人队列的控制系统，包括由多个机器人组成的机器人编队和控制后台，机器人编队中，其中一个机器人为领航机器人，其余机器人为跟随机器人；各所述机器人头部前端设有摄像头、后端设有色块图像标识；所述后台用于设定领航机器人的速度和路线、向跟随机器人发出列队指令、对跟随机器人扫描出的色块图像标识图像进行图像处理并根据图像测距使各机器人等距排列为一列、对脱队机器人规划出归队路线或使该脱队机器人返航。

进一步的，所述色块图像标识包含有机器人的编号信息。

进一步的，所述色块图像标识采用多宫格的色块编码设计。

借由上述方案，本发明通过后台对一组任意排列的机器人发送列队指令，使机器人寻找色块，并根据色块识别自己的目标，通过图像测距移动自身位置，逐步达到等距排列为一队的目的，列队过程中仅利用了机器人的视觉，进行机器人视觉跟踪、定位，完成机器人的列队，能够适应任意场地和任意环境，无需额外的增加辅助设备。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的控制系统框架图；

图2是本发明的控制流程图；

图3控制流程图中色块判断流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1，本发明一较佳实施例所述的一种机器人队列的控制系统，包括由多个机器人组成的机器人编队和控制后台，机器人编队中，其中一个机器人为领航机器人，其余机器人为跟随机器人；各机器人头部前端设有摄像头、后端设有色块图像标识；后台用于设定领航机器人的速度和路线、向跟随机器人发出列队指令、对跟随机器人扫描出的色块图像标识图像进行图像处理并根据图像测距使各机器人等距排列为一列、对脱队机器人规划出归队路线或使该脱队机器人返航。本发明中色块图像标识包含有机器人的编号信息，当前机器人依据自身编号，通过扫描其余机器人的色块图像标识，识别其余机器人的色块图像标识中的编号信息，从而定位出当前机器人相对于其他机器人的位置，即查找到当前机器人的前后机器人。

如图2所示，在利用本发明的机器人队列的控制系统进行机器人队列的控制时，通过如下步骤实现：

(1)各机器人接收列队指令，其中领航机器人按照设定的速度和路线工作，跟随机器人依次跟随；

(2)跟随机器人扫描周围其它机器人，寻找其它机器人上的色块图像标识，并判断是否寻找到色块位置；

(3)在机器人寻找到色块位置后，进行色块判断，依照设定距离定位、移动；

(4)判断是否形成机器人队列，是，则发送位置信息进行归位，否，则继续进行色块判断；

(5)在机器人没有找到色块位置后，向后台上传信息，后台解除列队指令，发送位置信息进行归位。

当有机器人出现脱队的情况时，将脱队信息上传给后台，后台根据当前脱队机器人的队列信息，规划出该脱队机器人的归队路线或使该脱队机器人返航。

具体的，本发明的步骤(3)中，当前机器人通过定位图像中的色块图像标识来定位前一个机器人的位置，并根据色块在整个图像中的偏移调整当前机器人的行径角度，同时根据图像识别出与前一个机器人的距离，根据与设定的距离比较调整速度。

如图3所示，步骤(3)中进行色块判断时，机器人首先转动头部扫描周围环境，寻找色块，找到匹配的外形图；然后根据外形图判断是否为队列中的机器人，若是，则继续识别色块的编号信息，根据编号信息，进行定位，否，则继续寻找色块。

本发明中色块图像标识采用多宫格的色块编码设计，可以区别出不同的机器人或者不同的机器人队列。色块图像标识还可以根据不同的环境设置不同的色块系列，同时可以通过后台预设通过不同场景的色块系列，在设置色块时，尽量设置为非常规图案，以最大程度减少周围环境对机器人追踪的影响。

综上所述，列队前机器人处于随意分布的状态，接受列队指令后，机器人开始寻找周围环境，捕捉色块，同时移动自身，使自身携带的色块图像标识被其他机器人捕捉到，机器人依据自身编号，扫描其余机器人的色块图像标识，识别其余机器人的色块图像标识中的编号信息，从而定位出当前机器人相对于其他机器人的位置，即查找到当前机器人的前后机器人，最终达到等距排列为一队的目的。即，对于一组任意摆放的机器人，由后台实施列队指令，此时机器人寻找色块，根据色块识别自己的目标，通过图像测距移动自身位置，逐步达到等距排列为一队的目的，当然，也可以通过后台控制其他某种特定的队列的排列。

本发明的列队过程是在线的控制过程，当机器人队列形成后，可离线工作，即预设好场景模式，机器人离队根据制定的导航路线工作。

可见，本发明通过图像设别，使得每个机器人模拟人的行为，通过色块“认识”该队列的同伴，从而自动形成队列。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。