基于采样信息的移动机器人分布式平均控制方法及装置

本发明涉及机器人控制，尤其涉及基于采样信息的移动机器人分布式平均控制方法及装置。

背景技术：

1、移动机器人系统是由多个移动机器人来组成，能给完成单个机器人难以完成的任务，实现“1+1>2”的目的。此外，通过多个移动机器人之间的协作，可以大大提高移动机器人在作业过程中的效率。在移动机器人系统中，对于复杂的动态环境，实时感知和理解机器人周围的信息是至关重要的。这些信息可以来自于各种传感器，如激光雷达、摄像头、超声波等。这些传感器往往只能提供采样数据，即移动机器人只能间断地获取状态信息而不能连续的获取信息。采样数据的特点是数据量相对较小，但具有较高的实时性和可信度。利用采样数据进行控制可以实现对系统状态的实时反馈和调整，从而更好地适应环境变化和任务需求。由于采样数据的不完整性和不连续性，传统的控制方法往往无法得到理想的控制效果。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了基于采样信息的移动机器人分布式平均控制方法及装置，用以提高采样信息的完整性，能够使得移动机器人系统达到平均一致性的目标。

2、第一方面，本发明提供了一种基于采样信息的移动机器人分布式平均控制方法，所述方法包括：

3、获取每个移动机器人的位置以及每个移动机器人的相邻机器人的位置，确定多个移动机器人之间的通讯拓扑结构、连接权重矩阵以及拉普拉斯矩阵；

4、根据每个所述移动机器人的位置、所述相邻机器人的位置、所述通讯拓扑结构以及所述连接权重矩阵确定采样间隔；并根据所述拉普拉斯矩阵确定每个移动机器人的控制参数；

5、根据每个所述移动机器人的位置、所述相邻机器人的位置、所述通讯拓扑结构、所述连接权重矩阵、所述采样间隔和所述控制参数，确定每个移动机器人的控制量；

6、根据所述控制量控制每个移动机器人，确定每个所述移动机器人平均分布的位置。

7、可选地，所述通讯拓扑结构包括：

8、在多个移动机器人之间，当任意两个移动机器人通过直接或者间接的方式进行信息交换时，则称通讯拓扑结构为强连通结构；当任意两个移动机器人之间无法实现信息交换时，则称通讯拓扑结构为非强联通结构。

9、可选地，所述连接权重矩阵包括：

10、当第个移动机器人能够获得第个移动机器人的位置信息时，则连接权重矩阵中的相应元素的取值为大于0的任意常数，即第个移动机器人和第个移动机器人之间存在连接，和均为正整数；

11、当第个移动机器人无法获得第个移动机器人的位置信息时，则连接权重矩阵中的相应元素的取值为0，即第个移动机器人和第个移动机器人之间无连接。

12、可选地，所述控制量的公式为：

13、；

14、其中，为第个移动机器人在采样时刻的位置，为第个移动机器人的第个相邻机器人在采样时刻的位置，为第个移动机器人在采样时刻的控制量，为移动机器人系统的连接权重矩阵第行且第列的元素，为第个移动机器人的相邻机器人集合，为去掉第行和第列元素的拉普拉斯矩阵，为矩阵的行列式。

15、可选地，确定每个所述移动机器人的位置，其公式为：

16、；

17、其中，为第个移动机器人在第k+1时刻的位置，为采样周期并满足，为第个移动机器人在采样时刻的控制量。

18、第二方面，本发明提供了一种基于采样信息的移动机器人系统分布式平均控制装置，所述装置包括：

19、获取模块，用于获取每个移动机器人的位置以及每个移动机器人的相邻机器人的位置，确定多个移动机器人之间的通讯拓扑结构、连接权重矩阵以及拉普拉斯矩阵；

20、第一确定模块，用于根据每个所述移动机器人的位置、所述相邻机器人的位置、所述通讯拓扑结构以及所述连接权重矩阵确定采样间隔；并根据所述拉普拉斯矩阵确定每个移动机器人的控制参数；

21、第二确定模块，用于根据每个所述移动机器人的位置、所述相邻机器人的位置、所述通讯拓扑结构、所述连接权重矩阵、所述采样间隔和所述控制参数，确定每个移动机器人的控制量；

22、控制模块，用于根据所述控制量控制每个移动机器人，确定每个所述移动机器人平均分布的位置。

23、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行第一方面或第一方面任一可能的实现方式中的基于采样信息的移动机器人分布式平均控制方法。

24、第四方面，本发明提供一种移动机器人系统，包括：第二方面实现方式中的基于采样信息的移动机器人分布式平均控制装置。

25、本发明提供的技术方案中，该方法包括获取每个移动机器人的位置以及每个移动机器人的相邻机器人的位置，确定多个移动机器人之间的通讯拓扑结构、连接权重矩阵以及拉普拉斯矩阵；根据每个移动机器人的位置、所述相邻机器人的位置、通讯拓扑结构以及连接权重矩阵确定采样间隔；并根据拉普拉斯矩阵确定每个移动机器人的控制参数；根据每个移动机器人的位置、相邻机器人的位置、通讯拓扑结构、连接权重矩阵、采样间隔和控制参数，确定每个移动机器人的控制量；根据控制量控制每个移动机器人，确定每个移动机器人平均分布的位置，该方法通过多个数据确定控制量，提高了采样信息的完整性，实现了对移动机器人系统的分布式平均控制，最终使得移动机器人系统达到平均一致性。

技术特征：

1.一种基于采样信息的移动机器人分布式平均控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通讯拓扑结构包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连接权重矩阵包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制量的公式为：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定每个所述移动机器人的位置，其公式为：

6.一种基于采样信息的移动机器人分布式平均控制装置，其特征在于，所述装置包括：

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至5中任一项所述的基于采样信息的移动机器人分布式平均控制方法。

8.一种移动机器人系统，其特征在于，包括：如权利要求6中所述的基于采样信息的移动机器人分布式平均控制装置。

技术总结
本发明涉及机器人控制领域，尤其是提供了基于采样信息的移动机器人分布式平均控制方法及装置。该方法包括获取每个移动机器人的位置、其相邻机器人的位置，确定移动机器人之间的通讯拓扑结构、连接权重矩阵和拉普拉斯矩阵；根据每个移动机器人的位置、相邻机器人的位置、通讯拓扑结构和连接权重矩阵确定采样间隔；并根据拉普拉斯矩阵确定移动机器人的控制参数；根据每个移动机器人的位置、相邻机器人的位置、通讯拓扑结构、连接权重矩阵、采样间隔和控制参数，确定每个移动机器人的控制量；根据控制量控制每个移动机器人，确定移动机器人平均分布的位置，该方法通过多个数据确定控制量，提高了采样信息的完整性，实现了对移动机器人的精准控制。

技术研发人员：马宇,杜明骏,柳笛,纪鹏
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4