一种增量机器人集群系统控制方法、装置及设备与流程

1.本发明涉及群体控制技术领域，尤其涉及一种增量机器人集群系统控制方法、装置及设备。


背景技术：

2.随着工程技术的不断发展和机器人技术的快速进步，机器人已广泛应用于工业、医疗、军事等领域。对于复杂的应用场景，多机器人协作逐渐成为提高任务执行效率的有效途径。
3.传统中心控制方法根据系统状态统一规划所有机器人的行为，一定程度上解决了多机器人协同问题，但其应用在系统规模较大时面临着计算量大、通讯拓扑难以构建等挑战。集群系统旨在通过大量自组织协同控制，使简单机器人的局部相互作用涌现复杂的集群行为，同时使系统具备完成复杂任务的群体智能。集群系统的相关控制研究成功解决了中心控制方法导致的系统容错能力不足、计算开销大、系统动态调节能力有限等问题，具有高鲁棒性、可扩展性和灵活性，为大规模机器人集群系统控制提供了高效的解决方案，实现了从个体智能向群体智能的演变。
4.随着任务数量、环境复杂度的增加，除了对机器人集群系统覆盖度提出了一定要求外，对系统的灵活性同样提出了更高的要求。
5.因此，亟需提供一种更为可靠的增量机器人集群系统控制方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种增量机器人集群系统控制方法、装置及设备，用于解决现有技术中机器人数量无法灵活增加的问题。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种增量机器人集群系统控制方法，方法包括：
9.建立初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑；
10.获取机器人增量指令；所述机器人增量指令中至少包括增量机器人集合；
11.基于所述二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，得到分级后的增量机器人集合；
12.将分级后的增量机器人集合加入所述二阶通讯拓扑中，与所述初始机器人集群系统结合形成增量机器人集群系统；
13.确定所述增量机器人集群系统对应的目标位置；
14.计算所述增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制所述增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置。
15.第二方面，本发明提供一种增量机器人集群系统控制装置，装置包括：
16.初始二阶通讯拓扑建立模块，用于建立初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑；
17.机器人增量指令获取模块，用于获取机器人增量指令；所述机器人增量指令中至
少包括增量机器人集合；
18.分级模块，用于基于所述二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，得到分级后的增量机器人集合；
19.分级融合模块，用于将分级后的增量机器人集合加入所述二阶通讯拓扑中，与所述初始机器人集群系统结合形成增量机器人集群系统；
20.目标位置确定模块，用于确定所述增量机器人集群系统对应的目标位置；
21.增量机器人集群系统状态控制模块，用于计算所述增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制所述增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置。
22.第三方面，本发明提供一种增量机器人集群系统控制设备，其特征在于，设备包括：
23.通信单元/通信接口，用于建立初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑；
24.获取机器人增量指令；所述机器人增量指令中至少包括增量机器人集合；
25.处理单元/处理器，用于基于所述二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，得到分级后的增量机器人集合；
26.将分级后的增量机器人集合加入所述二阶通讯拓扑中，与所述初始机器人集群系统结合形成增量机器人集群系统；
27.确定所述增量机器人集群系统对应的目标位置；
28.计算所述增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制所述增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置。
29.第四方面，本发明提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有指令，当所述指令被运行时，实现上述的增量机器人集群系统控制方法。
30.与现有技术相比，本发明提供一种增量机器人集群系统控制方法、装置及设备。方案包括：建立初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑；获取包括增量机器人集合的机器人增量指令；基于二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，将分级后的增量机器人集合加入二阶通讯拓扑中，与初始机器人集群系统结合形成增量机器人集群系统；确定增量机器人集群系统对应的目标位置；计算增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置。本方案中，可以随时增加机器人的数量，并且在机器人数量增加时，采用二阶通讯拓扑对机器人集群系统进行分级操作，在减小增量子系统对集群系统造成的存储、计算压力基础上，提高了系统的鲁棒性和灵活性，提升了机器人集群完成任务的效率和成功率。
附图说明
31.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1为本发明提供的增量机器人集群系统控制方法流程示意图；
33.图2为增量机器人集群系统的二阶通讯拓扑示意图；
34.图3为机器人集群系统位置演变图；
35.图4为本说明书实施例中提供的增量机器人集群系统控制方法原理示意图；
36.图5为增量机器人集群系统控制装置示意图；
37.图6为本发明提供的增量机器人集群系统控制设备结构示意图。
具体实施方式
38.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
39.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
40.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
41.现有技术中，在当前的机器人集群系统研究中，机器人数量较少、机器人数量固定不变等限制制约了机器人集群系统在复杂多变的任务中的应用。在实际应用场景中，当现有机器人编队中机器人的数量不足以完成工作时，需要更多机器人加入编队来保证高效按时完成任务。
42.按照传统中心控制方法，中央控制节点将现有的机器人编队召回，扩大规模重新规划后再次开始执行任务。可见，这种方法是十分消耗系统资源及时间成本的。与此同时，目前提出的增量机器人集群控制方法集中于机器人数量较少的系统。但随着机器人数量增加，系统面临着传输数据量大、计算复杂度高、存储数据代价大等难题，不利于集群系统的快速控制。因此，只有提出高效的机器人集群系统的增量编队控制方法，才能在减小增量子系统对集群系统造成的存储、计算压力基础上，提高系统的鲁棒性和灵活性，提升机器人集群完成任务的效率和成功率。
43.对此，本发明提供增量机器人集群系统控制方案。
44.接下来，结合附图对本说明书实施例提供的方案进行说明：
45.图1为本发明提供的增量机器人集群系统控制方法流程示意图，如图1所示，该流程可以包括以下步骤：
46.步骤110：建立初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑。
47.初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑可以包含一阶通讯拓扑和二阶通讯拓扑，其中在二阶通讯拓扑中，又包含了多个机器人子群系统。任意拓扑中机器人的个数、形式都可以根据实际情况调整。初始机器人集群系统包含一阶通讯拓扑中的机器人与其相对应的二
阶通讯拓扑机器人子群，包括全局领导者。初始机器人集群系统可以表示目前可使用的机器人集群构成的系统。
48.步骤120：获取机器人增量指令；所述机器人增量指令中至少包括增量机器人集合。
49.在实际应用过程中，当需要增加机器人数量时，可以获取机器人增量指令，机器人增量指令中至少可以包括需要增加的机器人集合，即增量机器人集合。当然，也可以包括需要增加的机器人数量、机器人标识等等信息。
50.步骤130：基于所述二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，得到分级后的增量机器人集合。
51.步骤140：将分级后的增量机器人集合加入所述二阶通讯拓扑中，与所述初始机器人集群系统结合形成增量机器人集群系统。
52.步骤130和步骤140中，在增加机器人数量时，需要将增量机器人融合至原有的初始机器人集群系统中，初始机器人集群系统对应二阶通讯拓扑，因此，需要对增量机器人集合进行分级。分级也可以理解为分阶，分阶后将对应的数据加入至对应的通讯拓扑中。
53.步骤150：确定所述增量机器人集群系统对应的目标位置。
54.实际应用场景中，机器人可以应用在各种领域中进行任务执行，机器人可代替或协助人类完成各种工作，例如：广泛应用于制造业领域，还应用于资源勘探开发、救灾排险、医疗服务、家庭娱乐、军事和航天等其他领域。机器人是工业及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
55.初始机器人集群系统可以是已经投入使用的机器人集群构成的系统，当机器人数量增加时，需要确定增加的机器人需要到达的目标位置。增量机器人需要在目标位置开始执行任务。
56.步骤160：计算所述增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制所述增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置。
57.控制量可以表示增量机器人集群系统的控制输入，基于控制输入对机器人状态进行更新，机器人的状态可以包括机器人的运行状态，例如：变化的动作、移动的距离、变化的方位等信息。基于状态的更新可以控制增量机器人移动至目标位置。
58.图1中的方法，建立初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑；获取包括增量机器人集合的机器人增量指令；基于二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，将分级后的增量机器人集合加入二阶通讯拓扑中，与初始机器人集群系统结合形成增量机器人集群系统；确定增量机器人集群系统对应的目标位置；计算增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置。本方案中，可以随时增加机器人的数量，并且在机器人数量增加时，采用二阶通讯拓扑对机器人集群系统进行分级操作，在减小增量子系统对集群系统造成的存储、计算压力基础上，提高了系统的鲁棒性和灵活性，提升了机器人集群完成任务的效率和成功率。
59.基于图1的方法，本说明书实施例还提供了该方法的一些具体实施方式，下面进行说明。
60.可选的，基于所述二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，得到分级后的增量机器人集合，具体可以包括：
61.基于所述二阶通讯拓扑，将所述增量机器人集合进行拆分，其中，领导机器人加入所述初始机器人集群系统的一阶通讯拓扑中；跟随者机器人保持原队形，以机器人子群形式加入到所述初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑中，得到分级后的增量机器人集合。
62.具体地，跟随者机器人保持原队形，以机器人子群形式加入到所述初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑中，并根据公式(1)：
[0063][0064]
更新增量机器人集群系统的状态，其中，x为增量机器人集群系统的状态变量，a为邻接矩阵，1n＝[1,
…
,1]为n维向量，xm代表m情况下机器人状态，b存储身份信息，1m＝[1,
…
,1]为m维向量。
[0065]
更近一步地，利用二阶通化讯拓扑将增量机器人系统进行分级操作，将增量机器人集合中的领导机器人加入初始机器人集群系统的一阶通讯拓扑中，剩余的跟随者机器人加入初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑中。分级后的增量机器人集合加入初始机器人集群系统，构成增量机器人集群系统；更新和扩展构建的增量机器人集群系统的状态向量；构建状态更新律，得到增量机器人集群系统的状态变量矩阵。
[0066]
1)基于所述二阶通讯拓扑，将所述增量机器人集合进行拆分，具体包括：
[0067]
利用二阶通讯拓扑：
[0068][0069]
将初始机器人集群系统进行分级操作，其中，代表一阶通讯拓扑，代表二阶通讯拓扑；
[0070]
基于二阶通讯拓扑的初始机器人集群系统的一阶通讯拓扑表示为：
[0071][0072]
其中，v
(1)
表示一阶通讯拓扑中的节点集，e
(1)
表示一阶通讯拓扑的边集，a
(1)
表示第一阶段通讯拓扑的邻接矩阵；
[0073]
二阶通讯拓扑中第k个机器人子群表示为：
[0074][0075]
其中，v
k(2)
表示二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的节点集，e
k(2)
表示二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的边集，a
k(1)
表示二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的邻接矩阵；
[0076]
增量机器人集合在分级操作后，得到增量机器人集合的一阶通讯拓扑为：
[0077][0078]
其中，设一阶通讯拓扑中包含机器人个数为m
(1)
，二阶通讯拓扑中包含m
(2)
个机器人子群，其中第k
+
个子群中机器人个数为v
+(1)
表示增量机器人集合一阶通讯拓扑中的节点集，e
+(1)
表示增量机器人一阶通讯拓扑的边集，a
+(1)
表示增量机器人第一阶段通讯拓扑的邻接矩阵；
[0079]
二阶通讯拓扑中第k
+
个机器人子群表示为：
[0080][0081]
其中，v
k+(2)
表示增量机器人集合二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的节点集，e
k+(2)
表示增量机器人集合二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的边集，a
k+(1)
表示增量机器人集合二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的邻接矩阵。
[0082]
2)在当前时刻，增量机器人集合加入初始机器人集群系统，构成了增量机器人集群系统，该增量机器人集群系统的通讯拓扑的邻接矩阵表示为：
[0083][0084]
其中，表示增量系统与原集群系统合并时增加的连边关系，而对于该增量机器人集群系统的二阶通讯拓扑，各个机器人子群之间相互独立：
[0085][0086]
合并后的增量集群系统通讯拓扑表示为：
[0087][0088]
更新和扩展构建的增量机器人集群系统的状态向量，具体可以包括：
[0089]
合并过程可以表示为：设增量机器人系统中有m
(1)
+m
(2)
个机器人，初始机器人集群系统中有n
(1)
+n
(2)
个机器人，则增量机器人集群系统的状态变量为：
[0090][0091]
其中，x
(1)
，x
(2)
表示初始机器人集群系统在第一、二阶通讯拓扑中机器人的状态变量，x
+(1)
，x
+(2)
表示增量机器人集合在第一、二阶通讯拓扑中机器人的状态变量，x
(1)
，x
(2)
表示增量机器人集群系统在第一、二阶通讯拓扑中机器人的状态变量，当另外的增量机器人集合加入时，增量机器人集群系统的状态变量表示为：
[0092][0093]
其中，r表示当前时刻已加入的机器人集群系统的增量机器人集合数量，表示加入r个增量机器人集合后增量机器人集群系统在一阶通讯拓扑中机器人的状态变量，表示加入r个增量机器人集合后增量机器人集群系统在二阶通讯拓扑中机器人的状态变量。
[0094]
增量机器人集群系统中机器人的状态变量计算方式为：
[0095][0096]
其中，表示增量机器人集群系统在一阶通讯拓扑中机器人的n阶状态变量，表示增量机器人集群系统在二阶通讯拓扑第k个机器人子群中机器人的n阶状态变量，分别表示关于增量机器人集群系统中一阶通讯拓扑中机器人的个数、二阶通讯拓扑中包含的机器人子群个数以及第k个机器人子群中机器人的个数，状态变量的计算方式也可以表示为：
[0097][0098]
其中，m的取值根据不同情况取不同值，
[0099]
情况一：计算增量机器人集群系统一阶通讯拓扑中机器人的状态时：
[0100]
m＝rm
(1)
+n
(1)
ꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0101]
情况二：计算增量机器人集群系统二阶通讯拓扑中第k个机器人子群时：
[0102][0103]
构建状态更新律，得到增量机器人集群系统的状态变量矩阵，具体可以包括：
[0104]
根据构建的状态更新律，计算得到增量机器人集群系统的状态变量矩阵：
[0105][0106]
计算所述增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制所述增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置，具体可以包括：
[0107]
输入各个机器人位置、速度状态信息，采用公式(17)计算位置误差：
[0108][0109]
其中，x1＝(x
1，1
，x
2，1
，
…
，x
n，1
)为通讯拓扑中跟随机器人当前位置信息，x
0，1
为通讯拓扑中领导机器人当前位置信息，f0为队形缩放函数；
[0110]
通过指令滤波器计算高阶位置误差其中，ωn为常数，和ε1分别为指令滤波器及输入，为上一时刻的累加值；
[0111]
采用公式(18)计算虚拟控制器：
[0112][0113]
其中，c1为常数，x2＝(x
1，2
，x
2，2
，
…
，x
n，2
)为通讯拓扑中跟随机器人当前速度信息；
[0114]
采用公式(19)计算速度误差：
[0115]
ε2＝x
2-α1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0116]
通过指令滤波器采用公式(20)计算高阶速度误差：
[0117][0118]
使用rbf-nn神经网络拟合机器人动力学方程中存在的未知非线性项，得到：θ
t
h(x)，
[0119]
其中，为正太拟合，参数矩阵θ的更新率为：
[0120][0121]
计算控制量，其中领导机器人的控制量为外部输入，跟随机器人的控制量为：
[0122]
u＝-(c2ε2+θ
t
h(x)+ε1)
ꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0123]
对于一阶通讯拓扑中的领导机器人，其外部输入可以设置为[cost，sint]，对于二阶通讯拓扑中的领导机器人即一阶通讯拓扑中的跟随机器人，其输入为第一阶计算出来的跟随机器人控制输入u
followers
。
[0124]
根据控制量，更新机器人位置、速度状态信息：
[0125]
x＝x+δx
·
dt
ꢀꢀꢀꢀ
(23)
[0126]
其中，
[0127]
可选的，建立机器人集群系统的二阶通讯拓扑，具体可以包括：
[0128]
设定所述初始机器人集群系统的一阶通讯拓扑中的机器人个数；
[0129]
基于所述一阶通讯拓扑中的机器人个数，建立所述一阶通讯拓扑的有向图以及所述二阶通讯拓扑的有向图。
[0130]
根据计算出的控制量进行机器人状态的更新之前，还可以包括：
[0131]
获取初始机器人集群系统模型中机器人的初始状态信息；所述初始状态信息包括：所述一阶通讯拓扑下机器人在全局坐标下的当前位置坐标、速度、所述二阶通讯拓扑中对应的机器人子系统中机器人的位置坐标以及速度。
[0132]
具体地，设定初始机器人集群系统的第一阶系统机器人个数为n
(1)
，其中，第n
(1)
个机器人为领导机器人，其余机器人为跟随机器人，设置初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑中包含n
(2)
个机器人子群，每一个机器人子群包含个机器人，其中k＝1，
…
，n
(2)
，对于第k个机器人子群，其领导机器人为第一阶系统中的跟随机器人；
[0133]
建立一阶通讯拓扑有向图第二阶子群系统通讯拓扑有向图针对
各阶通讯拓扑，其邻接矩阵分别为存储连边信息，矩阵存储度信息，矩阵存储身份信息，得到拉普拉斯矩阵为：
[0134]
初始状态信息可以包括：一阶通讯拓扑下机器人i在全局坐标下的当前位置坐标(xi，yi)、速度vi，二阶通讯拓扑中第k个机器人子系统中机器人i的位置坐标(x
k，i
，y
k，i
)，速度v
k，i
。
[0135]
需要说明的是，当增量机器人集群系统不存在时，初始机器人集群系统保持不变。
[0136]
在机器人数量增加时，增量机器人集群系统对应的二阶通讯拓扑可以结合图2以及图3进行说明：
[0137]
图2为增量机器人集群系统的二阶通讯拓扑示意图。图3为机器人集群系统位置演变图。如图2-3所示，增量机器人集合中领导机器人为7号机器人，跟随机器人7
2-75保持队形构成增量机器人集合的第二阶子群加入初始机器人集群系统构成增量机器人集群系统，通过在输入饱和的情况下实现基于增量机器人集群系统控制，即在初始机器人集群系统运行过程中，接收增量机器人集合加入，构成增量机器人子群系统，并在仿真过程中保持系统稳定，来展现控制器的有效性。仿真时长可以设置为30s，增量系统在15s加入初始机器人集群系统构成增量机器人集群系统实现跟踪控制。
[0138]
相同机器人数量下，传统通讯拓扑形式为了构建该通讯拓扑，邻接矩阵a的大小为给存储、计算、构建都造成了极大的困难。这时候如果采用二阶通讯拓扑将机器人划分为k个子群，计算复杂度将由o(n
2n
)降到o(n
2n/k
)；运用传统方法设计控制器时，控制器参数计算是和每个机器人相关的。
[0139]
本说明书中的方案，在具体实现时，其实现原理可以结合图4进行说明。图4为本说明书实施例中提供的增量机器人集群系统控制方法原理示意图。如图4所示，增量系统可以是增量机器人集合组成的系统，需要说明的是，本方案中的“系统”可以指的是集群构成的虚拟系统。图4中，对增量系统进行分级，领导机器人(圆点)以及跟随者机器人中，领导机器人加入所述初始机器人集群系统的一阶通讯拓扑中；跟随者机器人保持原队形，以机器人子群形式加入到所述初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑中；原集群系统可以是上述实施例中的初始机器人集群系统，原集群系统中包括第一阶通讯拓扑以及第二阶通讯拓扑，第一阶通讯拓扑中包括领导机器人集合，第二阶通讯拓扑中包括跟随者机器人集合，将增量系统与元集群系统进行融合，得到增量集群系统。
[0140]
本说明书中的方案，针对传统机器人集群系统控制方法中，机器人数量较少、机器人数量不可变的缺陷，实现机器人数量的灵活变化；针对机器人数量增加带来的存储、计算压力采用二阶通讯拓扑对机器人集群系统进行分级操作，高效的集群机器人系统的增量编队控制方法，在减小增量子系统对集群系统造成的存储、计算压力基础上，提高了系统的鲁棒性和灵活性，提升了机器人集群完成任务的效率和成功率。
[0141]
基于同样的思路，本发明还提供的增量机器人集群系统控制装置，图5为增量机器人集群系统控制装置示意图，如图5所示，所述装置可以包括：
[0142]
初始二阶通讯拓扑建立模块510，用于建立初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑；
[0143]
机器人增量指令获取模块520，用于获取机器人增量指令；所述机器人增量指令中至少包括增量机器人集合；
[0144]
分级模块530，用于基于所述二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，得到分级后的增量机器人集合；
[0145]
分级融合模块540，用于将分级后的增量机器人集合加入所述二阶通讯拓扑中，与所述初始机器人集群系统结合形成增量机器人集群系统；
[0146]
目标位置确定模块550，用于确定所述增量机器人集群系统对应的目标位置；
[0147]
增量机器人集群系统状态控制模块560，用于计算所述增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制所述增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置。
[0148]
基于图5中的装置，还可以包括一些具体的实施单元：
[0149]
可选的，分级模块530，具体可以包括：
[0150]
拆分单元，基于所述二阶通讯拓扑，将所述增量机器人集合进行拆分，其中，领导机器人加入所述初始机器人集群系统的一阶通讯拓扑中；跟随者机器人保持原队形，以机器人子群形式加入到所述初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑中，得到分级后的增量机器人集合。
[0151]
可选的，初始二阶通讯拓扑建立模块510，具体可以用于：
[0152]
设定所述初始机器人集群系统的一阶通讯拓扑中的机器人个数；
[0153]
基于所述一阶通讯拓扑中的机器人个数，建立所述一阶通讯拓扑的有向图以及所述二阶通讯拓扑的有向图。
[0154]
可选的，装置还可以包括：
[0155]
初始状态信息获取单元，用于获取初始机器人集群系统模型中机器人的初始状态信息；所述初始状态信息包括：所述一阶通讯拓扑下机器人在全局坐标下的当前位置坐标、速度、所述二阶通讯拓扑中对应的机器人子系统中机器人的位置坐标以及速度。
[0156]
可选的，装置还可以包括：
[0157]
状态向量更新单元，用于更新和扩展所述增量机器人集群系统的状态向量；
[0158]
状态变量矩阵构建单元，用于通过状态更新律，构建所述增量机器人集群系统的状态变量矩阵。
[0159]
可选的，拆分单元，具体可以用于：
[0160]
利用二阶通讯拓扑将初始机器人集群系统进行分级操作，其中，代表一阶通讯拓扑，代表二阶通讯拓扑；
[0161]
基于二阶通讯拓扑的初始机器人集群系统的一阶通讯拓扑表示为：
[0162][0163]
其中，v
(1)
表示一阶通讯拓扑中的节点集，e
(1)
表示一阶通讯拓扑的边集，a
(1)
表示第一阶段通讯拓扑的邻接矩阵；
[0164]
二阶通讯拓扑中第k个机器人子群表示为：
[0165][0166]
其中，v
k(2)
表示二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的节点集，e
k(2)
表示二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的边集，a
k(1)
表示二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的邻接矩阵；
[0167]
增量机器人集合在分级操作后，得到增量机器人集合的一阶通讯拓扑为：
[0168][0169]
其中，设一阶通讯拓扑中包含机器人个数为m
(1)
，二阶通讯拓扑中包含m
(2)
个机器人子群，其中第k
+
个子群中机器人个数为v
+(1)
表示增量机器人集合一阶通讯拓扑中的节点集，e
+(1)
表示增量机器人一阶通讯拓扑的边集，a
+(1)
表示增量机器人第一阶段通讯拓扑的邻接矩阵；
[0170]
二阶通讯拓扑中第k
+
个机器人子群表示为：
[0171][0172]
其中，v
k+(2)
表示增量机器人集合二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的节点集，e
k+(2)
表示增量机器人集合二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的边集，a
k+(1)
表示增量机器人集合二阶通讯拓扑中第k个机器人子群的邻接矩阵。
[0173]
基于同样的思路，本说明书实施例还提供了增量机器人集群系统控制设备。图6为本发明提供的增量机器人集群系统控制设备结构示意图。可以包括：
[0174]
通信单元/通信接口，用于建立初始机器人集群系统的二阶通讯拓扑；
[0175]
获取机器人增量指令；所述机器人增量指令中至少包括增量机器人集合；
[0176]
处理单元/处理器，用于基于所述二阶通讯拓扑对所述增量机器人集合进行分级，得到分级后的增量机器人集合；
[0177]
将分级后的增量机器人集合加入所述二阶通讯拓扑中，与所述初始机器人集群系统结合形成增量机器人集群系统；
[0178]
确定所述增量机器人集群系统对应的目标位置；
[0179]
计算所述增量机器人集群系统的控制量，并根据计算出的控制量进行机器人状态的更新，控制所述增量机器人集群系统中的机器人移动至所述目标位置。
[0180]
如图6所示，上述终端设备还可以包括通信线路。通信线路可包括一通路，在上述组件之间传送信息。
[0181]
可选的，如图6所示，该终端设备还可以包括存储器。存储器用于存储执行本发明方案的计算机执行指令，并由处理器来控制执行。处理器用于执行存储器中存储的计算机执行指令，从而实现本发明实施例提供的方法。
[0182]
如图6所示，存储器可以是只读存储器(read-only memory，rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或
存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过通信线路与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
[0183]
可选的，本发明实施例中的计算机执行指令也可以称之为应用程序代码，本发明实施例对此不作具体限定。
[0184]
在具体实现中，作为一种实施例，如图6所示，处理器可以包括一个或多个cpu，如图6中的cpu0和cpu1。
[0185]
在具体实现中，作为一种实施例，如图6所示，终端设备可以包括多个处理器，如图6中的处理器。这些处理器中的每一个可以是一个单核处理器，也可以是一个多核处理器。
[0186]
基于同样的思路，本说明书实施例还提供了上述实施例对应的计算机存储介质，计算机存储介质中存储有指令，当所述指令被运行时，实现上述方法。
[0187]
上述主要从各个模块之间交互的角度对本发明实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，各个模块为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件单元。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本发明能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0188]
本发明实施例可以根据上述方法示例进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
[0189]
本说明书中的处理器还可以具有存储器的功能。存储器用于存储执行本发明方案的计算机执行指令，并由处理器来控制执行。处理器用于执行存储器中存储的计算机执行指令，从而实现本发明实施例提供的方法。
[0190]
存储器可以是只读存储器(read-only memory，rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过通信线路与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
[0191]
可选的，本发明实施例中的计算机执行指令也可以称之为应用程序代码，本发明实施例对此不作具体限定。
[0192]
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通
过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、asic、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0193]
一种可能的实现方式中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令被运行时，用于实现上述实施例中的逻辑运算控制方法和/或逻辑运算读取方法。
[0194]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机程序或指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序或指令时，全部或部分地执行本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、终端、用户设备或者其它可编程装置。所述计算机程序或指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机程序或指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是集成一个或多个可用介质的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带；也可以是光介质，例如，数字视频光盘(digital video disc，dvd)；还可以是半导体介质，例如，固态硬盘(solid state drive，ssd)。
[0195]
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0196]
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。