多机器人协同控制方法及系统

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种多机器人协同控制方法及系统。


背景技术：

2.随着机器人技术的快速发展，单个机器人的稳定性、鲁棒性、功能性都得到了大幅度的提升，但是在面临更加复杂的任务背景时，单个机器人无法完成复杂环境下的并行计算，例如在军事、救援等领域的复杂应用，单机器人往往难以胜任，因此，多机器人的研究逐渐成为机器人领域研究的又一热点。多机器人系统具备良好的分布式计算能力，在复杂环境下能够表现出更好的功能性及容错性，能够完成单机器人无法实现的部分工作，在工业、航空航天、军事、医疗、服务、运输等领域具备良好的应用前景。
3.多机器人系统，在协作完成编队、围捕等任务时，对群体智能决策与控制的要求较高，而目前的多机器人协同控制方案还无法满足多机器人系统在各种复杂环境下的协同任务需求。例如，对于对机器人系统的规划功能，常见的算法为系统的控制中心接收各个机器人反馈的环境、位置等信息，根据所执行的任务对各个机器人单体进行全局规划，然而对于复杂的异构多机器人系统，整个系统中各个机器人单体信息量较大，采用现有协同控制方案容易造成信息阻塞及延迟。
4.因此，如何提出一种多机器人协同控制方案，以满足各种复杂环境下的协同任务需求，是目前业界亟需解决的重要课题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种多机器人协同控制方法及系统。
6.第一方面，本发明提供一种多机器人协同控制方法，应用于第一通信节点，包括：
7.获取搭载所述第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息，并将所述机器人的环境信息、状态信息和位置信息发送给第二通信节点；
8.接收所述第二通信节点发送的所述机器人对应的任务信息，所述任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向；所述机器人对应的任务信息是所述第二通信节点根据执行协同任务的各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标确定的；
9.根据所述任务目标点位置，对所述机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制所述机器人到达所述任务目标点位置，并在确定所述机器人到达所述任务目标点位置后，控制所述机器人调整朝向至所述任务目标点方向，以执行协同任务。
10.可选地，所述获取搭载所述第一通信节点的机器人的位置信息，包括：
11.获取所述第二通信节点的定位数据和所述第二通信节点测得卫星的载波相位数据；
12.根据所述第二通信节点的定位数据和所述第二通信节点测得卫星的载波相位数据，以及所述第一通信节点测得卫星的载波相位数据，解算获得所述第一通信节点对应的
差分定位数据；
13.基于所述差分定位数据，确定搭载所述第一通信节点的机器人的位置信息。
14.可选地，所述载波相位数据基于全球定位系统gps、北斗bd和格洛纳斯glonass中的一个或多个测得。
15.可选地，所述基于所述差分定位数据，确定搭载所述第一通信节点的机器人的位置信息，包括：
16.将所述差分定位数据投影到平面直角坐标系中；
17.根据所述差分定位数据在所述平面直角坐标系中对应的坐标位置，确定搭载所述第一通信节点的机器人的位置信息；
18.其中，所述平面直角坐标系以所述第二通信节点的位置为坐标原点，以地理正东方向为x轴正方向，以地理正北方向为y轴正方向。
19.可选地，所述机器人的朝向以地理正东方向为0
°
，以逆时针方向为正，所述机器人的朝向的变化范围为-180
°
～180
°
。
20.可选地，所述根据所述任务目标点位置，对所述机器人的运动路径进行规划，包括：
21.根据所述任务目标点位置和所述机器人的环境信息，对所述机器人的运动路径进行避障规划。
22.可选地，所述根据所述任务目标点位置，对所述机器人的运动路径进行规划，包括：
23.在所述机器人到达所述任务目标点位置之前，按照预设频率更新所述机器人的实时位置信息，并在每次更新所述机器人的位置信息之后，均重新对所述机器人的运动路径进行规划，直至所述机器人到达所述任务目标点位置。
24.可选地，各所述第一通信节点和所述第二通信节点之间，以及各所述第一通信节点之间均通过无线宽带自组网实现通信连接。
25.可选地，各所述第一通信节点和各自对应的机器人之间、各所述第一通信节点和所述第二通信节点之间、以及各所述第一通信节点之间均采用统一的预定义的通信协议。
26.第二方面，本发明还提供一种多机器人协同控制方法，应用于第二通信节点，包括：
27.接收各第一通信节点分别发送的搭载所述第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息；
28.根据各所述机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定并向各所述第一通信节点发送各所述机器人对应的任务信息，所述任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向，以供所述第一通信节点根据所述任务目标点位置，对所述机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制所述机器人到达所述任务目标点位置，并在确定所述机器人到达所述任务目标点位置后，控制所述机器人调整朝向至所述任务目标点方向，以执行协同任务。
29.可选地，所述接收各第一通信节点分别发送的搭载所述第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息之前，所述方法还包括：
30.向各第一通信节点发送所述第二通信节点的定位数据和所述第二通信节点测得
卫星的载波相位数据。
31.第三方面，本发明还提供一种多机器人协同控制系统，包括：
32.多个第一通信节点和一个第二通信节点；
33.各所述第一通信节点和所述第二通信节点之间，以及各所述第一通信节点之间均建立无线通信连接，且各所述第一通信节点分别与搭载所述第一通信节点的机器人一一对应连接；
34.所述第一通信节点用于执行如上所述第一方面所述的方法；
35.所述第二通信节点用于执行如上所述第二方面所述的方法。
36.第四方面，本发明还提供一种多机器人协同控制装置，应用于第一通信节点，包括：
37.第一发送单元，用于获取搭载所述第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息，并将所述机器人的环境信息、状态信息和位置信息发送给第二通信节点；
38.第一接收单元，用于接收所述第二通信节点发送的所述机器人对应的任务信息，所述任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向；所述机器人对应的任务信息是所述第二通信节点根据执行协同任务的各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标确定的；
39.第一控制单元，用于根据所述任务目标点位置，对所述机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制所述机器人到达所述任务目标点位置，并在确定所述机器人到达所述任务目标点位置后，控制所述机器人调整朝向至所述任务目标点方向，以执行协同任务。
40.第五方面，本发明还提供一种多机器人协同控制装置，应用于第二通信节点，包括：
41.第二接收单元，用于接收各第一通信节点分别发送的搭载所述第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息；
42.第二控制单元，用于根据各所述机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定并向各所述第一通信节点发送各所述机器人对应的任务信息，所述任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向，以供所述第一通信节点根据所述任务目标点位置，对所述机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制所述机器人到达所述任务目标点位置，并在确定所述机器人到达所述任务目标点位置后，控制所述机器人调整朝向至所述任务目标点方向，以执行协同任务。
43.第六方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述第一方面所述的多机器人协同控制方法的步骤，或实现如上所述第二方面所述的多机器人协同控制方法的步骤。
44.第七方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述第一方面所述的多机器人协同控制方法的步骤，或实现如上所述第二方面所述的多机器人协同控制方法的步骤。
45.第八方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述第一方面所述的多机器人协同控制方法的步骤，或实现如上
所述第二方面所述的多机器人协同控制方法的步骤。
46.本发明提供的多机器人协同控制方法及系统，对于对机器人系统的规划功能，采用全局和局部规划相结合的形式，一方面保证了群体控制指挥中心对整个系统的全局掌控，合理的规划出各个单体所对应的目标位置信息，另一方面可以基于单体机器人所搭载的通信节点，根据各个单体所对应的目标位置信息，直接进行局部路径规划，减少了各个单体向控制指挥中心发送数据处理的请求，能够缓解控制指挥中心的数据处理压力，避免造成信息阻塞及延迟，从而能够满足各种复杂环境下的协同任务需求。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1是本发明提供的多机器人协同控制方法的流程示意图之一；
49.图2是本发明提供的协同控制方式示意图；
50.图3是本发明提供的第一通信节点路径规划示意图；
51.图4是本发明提供的基于融合差分定位自组网通信节点的室外异构机器人协同控制系统的局部结构示意图；
52.图5是本发明提供的多机器人协同控制方法的流程示意图之二；
53.图6是本发明提供的多机器人协同控制系统的结构示意图；
54.图7是本发明提供的多机器人协同控制装置的结构示意图之一；
55.图8是本发明提供的多机器人协同控制装置的结构示意图之二；
56.图9是本发明提供的电子设备的结构示意图之一；
57.图10是本发明提供的电子设备的结构示意图之二。
具体实施方式
58.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.图1为本发明提供的多机器人协同控制方法的流程示意图之一，该方法可应用于第一通信节点，如图1所示，该方法包括如下步骤：
60.步骤100、获取搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息，并将机器人的环境信息、状态信息和位置信息发送给第二通信节点；
61.具体地，第一通信节点和第二通信节点可以是多机器人协同控制系统中的通信节点，每个单体机器人上均可搭载一个第一通信节点，各第一通信节点分别与搭载第一通信节点的机器人一一对应连接，第一通信节点也可称为移动站通信节点，即搭载于移动站上的通信节点。
62.执行多机器人协同任务时，第一通信节点可以首先获取其对应机器人的环境信
息、状态信息和位置信息等，并将这些信息发送给第二通信节点。
63.第二通信节点可以是多机器人协同控制系统中用作控制指挥中心的通信节点，第二通信节点也可称为基准站通信节点，即搭载于基准站上的通信节点，第二通信节点的载体在此不做具体限定，只要能够实现其功能即可。
64.各第一通信节点和第二通信节点之间，以及各第一通信节点之间均建立无线通信连接，以实现多机器人协同控制。
65.可选地，各第一通信节点和第二通信节点之间，以及各第一通信节点之间可以均通过无线宽带自组网实现通信连接。
66.具体地，多机器人系统可能包括多种异构类型的机器人，不同机器人之间的通讯协议、通信内容等存在一定的差异，因此其首要的关键技术就是解决异构智能体间的通讯问题。对于常见的多机器人系统，解决整个系统的通信问题，一般采用构建局域无线网络的方式，即在系统内搭载2.4g路由器的方式，该方法虽然部署灵活简便，但是通信距离过于局限，难以解决室外远距离协同控制的通信问题。常见的几种通信技术在室外异构多机器人系统中，也存在相应的不足，例如，zigbee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间；无线网桥主要用于连接两个或多个独立的网络段，广泛应用在不同建筑物间的互联；wifi技术一般用于短距离的室内通信。因此选择具备结构灵活、部署简便、传输速率高等特点，并且支持链型、星型等任意网络拓扑结构的通信技术手段尤为重要。
67.本发明实施例中，可采用无线宽带自组网的方式，实现异构多机器人通讯系统网络的构建。一种可能的实现方式中，可通过通信节点内部的1.4ghz无线宽带自组网通信模块实现系统内部的快速组网，通过高增益天线发射宽带射频信号，具备较强的传输能力，视距传输距离可达到30公里，在典型的城市环境下，覆盖范围可达2公里，可实现整个系统中通信节点之间一对一、一对多的通信，且无线宽带自组网通信模块能够实现多个工作频段的可调节，实现同一区域内的多个不同组网，在存在其他设备频段干扰时，可进行频道的切换，对无线电发射功能进行微调，保证自组网通信的功能稳定。
68.上述第一通信节点获取的机器人的环境信息、状态信息和位置信息中，环境信息是指与机器人周围环境相关的信息，例如，机器人周围的地形、地貌、障碍物等等；状态信息是指与机器人自身状态相关的信息，例如，机器人本身的属性、电量、朝向、控制信息等等；位置信息是指与机器人位置相关的信息，例如，机器人所处的地理位置、或者与其他通信节点之间的相对位置等等。
69.一种可能的实现方式中，环境信息和状态信息可以通过单体机器人的控制器接收并处理来自其传感器(例如激光雷达、陀螺仪、摄像头等)的信息，再加上机器人本身的属性、电量、控制信息等，统一发送给第一通信节点。而位置信息可以通过第一通信节点内部的定位模块得到。
70.可选地，上述获取搭载第一通信节点的机器人的位置信息，可以包括：
71.获取第二通信节点的定位数据和第二通信节点测得卫星的载波相位数据；
72.根据第二通信节点的定位数据和第二通信节点测得卫星的载波相位数据，以及第一通信节点测得卫星的载波相位数据，解算获得第一通信节点对应的差分定位数据；
73.基于差分定位数据，确定搭载第一通信节点的机器人的位置信息。
74.具体地，对于多机器人系统，为了更好的完成协同任务，需获得单体机器人所处的
实时位置。对于单体机器人的定位功能，常见的方法为利用自身各类传感器对环境进行建图，而后根据机器人启动的初始位置，结合驱动里程计及惯性传感器(inertial measurement unit，imu)等设备对机器人的行驶距离进行积分计算，继而得出机器人相对于当前环境地图中所处的实时位置，另一种常用的方法为使用卫星定位设备，结合千寻地基增强系统，获得差分定位数据，继而计算出机器人当前准确的绝对位置。然而，采用多传感器建图、里程计计算的方式，一方面在室外广泛的空间内，对整个环境建图消耗过高且代价较大，另一方面根据里程计积分计算机器人相对于当前地图的位置，具有累积误差，随着移动距离的增加，累积误差将越来越大，难以满足异构多机器人系统的定位要求。若采用千寻系统虽然能够获得精确的机器人差分定位信息，但是需对每一台移动设备购买相应的服务，且通信链路一般选择蜂窝数据网络，需配备额外的网络费用，总体使用成本较高，此外，在野外环境蜂窝网络信号较差的地区，将无法接收误差修正数据，导致无法得到高精度的定位信息。
75.本发明实施例中，基于局部架设的基站(即基准站)获取单体机器人的差分定位信息，基准站通信节点(即第二通信节点)可以预先获取其精确的定位数据(包括经纬度、高程值等)，并将其定位数据和其所测得卫星的载波相位数据(也可称为载波观测量数据)，发送给各个第一通信节点(例如可以是广播给各个第一通信节点)，第一通信节点接收到这些数据后，便可以基于这些数据以及第一通信节点测得卫星的载波相位数据，通过差分定位算法，获得第一通信节点对应的差分定位数据(包括相对于地球的绝对经纬度、高程值等)，然后基于所获得的差分定位数据，确定搭载第一通信节点的机器人的位置信息。
76.为便于理解，在此简要介绍载波相位差分定位的基本原理：在进行差分定位时，基准站和移动站的接收机不断的对相同的卫星进行监测，并且移动站在接收观测到可视卫星信号的同时，基准站通过数据链将载波相位测量值实时发送给移动站接收机，移动站接收机将自身的载波相位测量值与所接收的载波相位测量值实时进行数据处理，解算出自身的空间坐标，完成高精度定位，载波相位差分的定位精度可达到厘米级。
77.对于获取差分定位数据，在此提供一种可能的实现方式：在完成整个系统通信网络构建的基础之上，基准站通信节点内部的定位模块可以将基准站定位及载波观测量数据，通过无线宽带自组网通信模块在组网内进行广播；搭载在各个单体机器人上的移动站通信节点，通过无线宽带自组网通信模块接收来自基准站通信节点的定位及载波观测量数据，并传入其定位模块，定位模块根据自身测得卫星的载波相位数据及基准站的定位和载波相位数据，组成载波相位差分观测值，最终解算出能够达到厘米级精度的差分定位数据。上述过程中采用自组建基站的方案，并通过自组网传播差分定位改正数据，省去了购买千寻服务以及蜂窝数据的费用，可大大降低使用千寻服务以及蜂窝移动数据带来的成本。
78.可选地，上述载波相位数据可以基于全球定位系统gps、北斗bd和格洛纳斯glonass中的一个或多个测得。
79.具体地，本发明实施例中，通信节点内部可以采用融合gps、bd和glonass三种卫星定位系统的兼容型定位模块，从而在一个星座因故不能使用的情况下，可以采用另一个卫星系统，以此来确保导航定位正常进行，提高卫星导航的可靠性。
80.可选地，上述基于差分定位数据，确定搭载第一通信节点的机器人的位置信息，可以包括：
81.将差分定位数据投影到平面直角坐标系中；
82.根据差分定位数据在平面直角坐标系中对应的坐标位置，确定搭载第一通信节点的机器人的位置信息；
83.其中，平面直角坐标系以第二通信节点的位置为坐标原点，以地理正东方向为x轴正方向，以地理正北方向为y轴正方向。
84.具体地，为了更加直观地反馈及计算各个机器人位置，更好地完成多机器人系统的协同控制，本发明实施例中，各通信节点可以基于地图投影(例如高斯-克吕格投影)，构建统一的平面直角坐标系，该平面直角坐标系以第二通信节点的位置为坐标原点，以地理正东方向为x轴正方向，以地理正北方向为y轴正方向。第一通信节点在获得差分定位数据后，便可以根据其与第二通信节点之间的相对位置关系，将其差分定位数据投影到上述平面直角坐标系中，差分定位数据在平面直角坐标系中对应的坐标位置，便可以作为其对应的机器人的位置信息。从而第一通信节点和第二通信节点都可以根据各个单体机器人在系统中相对于原点所处的实时x，y坐标位置，在后续协同控制以及路径规划过程中做出实时决策。
85.可选地，本发明实施例中，对于机器人的朝向，即系统内部机器人航向角角度，可以统一设置以地理正东方向(在上述平面直角坐标系中可对应为x轴正向)为0
°
，以逆时针方向为正，机器人的朝向的变化范围为-180
°
～180
°
。
86.步骤101、接收第二通信节点发送的机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向；机器人对应的任务信息是第二通信节点根据执行协同任务的各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标确定的；
87.具体地，为了缓解多机器人系统的控制指挥中心的数据处理压力，减少各边缘节点向中枢控制器发送大量数据处理的请求，尽量降低通信带宽限制所带来的影响。本发明实施例中，对机器人的协同控制方式采用全局和局部规划结合的方式，第二通信节点可以根据执行协同任务的各个机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定每个机器人对应的任务信息，包括每个机器人所要到达的任务目标点位置(即目标位置)和任务目标点方向(即目标姿态或目标朝向)，然后将各个机器人对应的任务信息发送给相应的第一通信节点。
88.图2为本发明提供的协同控制方式示意图，该图示出了一种可能的协同控制方式，如图2所示，对于整个多机器人协同控制系统，整个系统可由基准站通信节点(即第二通信节点)作为控制指挥中心，各个单体机器人通信节点(即第一通信节点)保留边缘计算能力，总体协同控制任务指令由控制指挥中心统一下达，其控制流程如下：各个单体机器人通信节点融合机器人所处的位置信息、环境信息、状态信息等，通过无线宽带自组网发送给基准站通信节点，在基准站通信节点收到各个机器人当前所处的位置信息、环境信息、状态信息等之后，等待人类指挥员下达下一时刻所要完成的协同任务，在协同任务下达后，控制指挥中心根据所要实现的协同任务目标，以及系统内各个机器人当前坐标，按照距离最近及最优路径原则，计算出各个机器人所要到达的目标位置坐标及目标姿态，而后将各个机器人所要到达的目标位置信息(包括目标位置、姿态等信息)发送给各个单体机器人通信节点，在单体机器人通信节点接收到目标位置信息后，根据机器人自身传感器采集的环境信息等，直接进行边缘计算，局部规划出运动路径并向机器人下达驱动指令。
89.步骤102、根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
90.具体地，针对任一第一通信节点，该第一通信节点接收到第二通信节点发送的搭载该第一通信节点的机器人所对应的任务信息之后，该第一通信节点可以首先根据机器人所要到达的任务目标点位置，结合机器人的环境信息、状态信息、位置信息等，对机器人的运动路径进行规划，使得机器人可以按照规划的运动路径到达任务目标点位置。
91.在确定机器人到达任务目标点位置之后，该第一通信节点再根据任务目标点方向调整机器人的朝向，使得机器人朝向任务目标点方向，以执行协同任务。
92.可选地，上述根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，可以包括：根据任务目标点位置和机器人的环境信息，对机器人的运动路径进行避障规划。
93.例如，在路径规划过程中，第一通信节点可以结合机器人激光雷达采集的障碍信息等，对机器人的运动路径进行避障规划，实现机器人避障功能。
94.可选地，上述根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，可以包括：在机器人到达任务目标点位置之前，按照预设频率(可根据实际需要灵活设置，例如1hz)更新机器人的实时位置信息，并在每次更新机器人的位置信息之后，均重新对机器人的运动路径进行规划，直至机器人到达任务目标点位置。
95.图3为本发明提供的第一通信节点路径规划示意图，该图示出了一种可能的路径规划方式，如图3所示，单体机器人通信节点可采用具备强大边缘计算能力的基于risc-v框架的控制器，其系统环境配置linux ros系统，完全具备独立处理、计算的能力，单体机器人通信节点可将机器人本体感知的环境信息进行本机处理，无需发送至上层设备，根据协同任务自行计算后续行为指令，直接对运动路径进行规划。其流程如下：在各个单体机器人通信节点接收到下一时刻相应的机器人所要到达的目标位置信息后，结合通信节点内部定位模块反馈的实时坐标位置，计算出合适的路径轨迹并发送相应的控制指令至机器人驱动，实现导航功能，同时在规划过程中，根据激光雷达采集的障碍信息实时更新导航代价地图，继而实现导航过程中的避障功能；在上述导航过程中，单体机器人通信节点可以按照1hz的频率更新当前机器人所处的实时位置信息，每更新一次位置信息就重新进行一次路径规划，直至到达目标位置；在到达目标位置后，单体机器人通信节点根据目标姿态以及机器人本体的陀螺仪信息，对机器人姿态进行调整，最终完成协同控制任务。
96.本发明提供的多机器人协同控制方法，对于对机器人系统的规划功能，采用全局和局部规划相结合的形式，一方面保证了群体控制指挥中心对整个系统的全局掌控，合理的规划出各个单体所对应的目标位置信息，另一方面可以基于单体机器人所搭载的通信节点，根据各个单体所对应的目标位置信息，直接进行局部路径规划，减少了各个单体向控制指挥中心发送数据处理的请求，能够缓解控制指挥中心的数据处理压力，避免造成信息阻塞及延迟，从而能够满足各种复杂环境下的协同任务需求。
97.图4为本发明提供的基于融合差分定位自组网通信节点的室外异构机器人协同控制系统的局部结构示意图，该系统中包含一个基准站通信节点，至少两台异构单体机器人，如图4所示，在单体机器人上搭载有移动站通信节点，单体机器人的控制器可以接收并处理来自其传感器(例如激光雷达、陀螺仪、摄像头等)的信息，移动站通信节点包括一个基于
risc-v框架的边缘计算模块、一个融合差分定位模块、一个无线宽带自组网通信模块和一个电源模块，其中，移动站通信节点可通过其边缘计算模块与机器人的控制器之间相互进行通信数据传输，通过其无线宽带自组网通信模块与其他通信节点(包括移动站通信节点和基准站通信节点)之间进行通信。基准站通信节点同样包括一个基于risc-v框架的边缘计算模块、一个融合差分定位模块、一个无线宽带自组网通信模块和一个电源模块。
98.可选地，各第一通信节点和各自对应的机器人之间、各第一通信节点和第二通信节点之间、以及各第一通信节点之间均采用统一的预定义的通信协议。
99.具体地，考虑到各个单体机器人的差异性，为实现通信的统一，本发明实施例中，针对多机器人协同系统设计统一的通信协议。即无论是与机器人之间通信，还是与第二通信节点之间通信，或者第一通信节点之间通信，所有的第一通信节点均采用统一的一套通信协议。
100.以图4中所示的4种通信数据为例(可以理解，移动站通信节点之间传输通信数据时，通信数据4对应的通信协议与通信数据3相同，因此下文主要示例通信数据4对应的通信协议与通信数据3不同的情况，即移动站通信节点与基准站通信节点之间传输通信数据的场景)，本实施例中，设计了机器人的控制器与移动站通信节点边缘计算模块之间相互的通信协议，也可以理解为机器人与移动站通信节点之间相互的通信协议，如表1和表2所示，以及移动站通信节点边缘计算模块与自组网通信模块之间相互的通信协议，也可以理解为移动站通信节点和基准站通信节点之间相互的通信协议，如表3和表4所示。
101.表1机器人的控制器向移动站通信节点边缘计算模块传输数据的通信协议
[0102][0103]
表2移动站通信节点边缘计算模块向机器人的控制器传输数据的通信协议
[0104]
编号任务类型控制指令1,2...编队cmd_vel
[0105]
表3移动站通信节点边缘计算模块向移动站通信节点自组网通信模块传输数据的通信协议
[0106][0107]
表4移动站通信节点自组网通信模块向移动站通信节点边缘计算模块传输数据的通信协议
[0108]
编号任务类型任务目标点位置任务目标点方向
1,2...编队pos.x，pos.yθ
[0109]
单体机器人控制器接收并处理来自其传感器(例如激光雷达、陀螺仪、摄像头等)的信息，再加上机器人本身的属性、电量、控制信息等，统一发送给移动站通信节点边缘计算模块；移动站通信节点边缘计算模块将接收到的机器人信息，加上通信节点中定位模块反馈的定位数据，通过自组网通信模块进行发送，传递给系统中的其他机器人节点；另一方面，移动站通信节点自组网通信模块接收基准站通信节点发送的具体协同任务，将任务类型、任务目标点位置、任务目标点方向等信息传输给移动站通信节点边缘计算模块，移动站通信节点边缘计算模块进行路径规划，并按照规划的路径将控制指令等信息发送给单体机器人，机器人接到控制指令后通过驱动控制，开始执行对应的任务，完成整个系统的协同控制。
[0110]
图5为本发明提供的多机器人协同控制方法的流程示意图之二，该方法可应用于第二通信节点，如图5所示，该方法包括如下步骤：
[0111]
步骤500、接收各第一通信节点分别发送的搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息；
[0112]
步骤501、根据各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定并向各第一通信节点发送各机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向，以供第一通信节点根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0113]
具体地，第一通信节点和第二通信节点可以是多机器人协同控制系统中的通信节点，每个单体机器人上均可搭载一个第一通信节点，各第一通信节点分别与搭载第一通信节点的机器人一一对应连接，第一通信节点也可称为移动站通信节点，即搭载于移动站上的通信节点。
[0114]
第二通信节点可以是多机器人协同控制系统中用作控制指挥中心的通信节点，第二通信节点也可称为基准站通信节点，即搭载于基准站上的通信节点，第二通信节点的载体在此不做具体限定，只要能够实现其功能即可。
[0115]
各第一通信节点和第二通信节点之间，以及各第一通信节点之间均建立无线通信连接，以实现多机器人协同控制。
[0116]
执行多机器人协同任务时，第一通信节点可以首先获取其对应机器人的环境信息、状态信息和位置信息等，并将这些信息发送给第二通信节点。第二通信节点可以根据执行协同任务的各个机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定每个机器人对应的任务信息，包括每个机器人所要到达的任务目标点位置(即目标位置)和任务目标点方向(即目标姿态或目标朝向)，然后将各个机器人对应的任务信息发送给相应的第一通信节点。
[0117]
针对任一第一通信节点，该第一通信节点接收到第二通信节点发送的搭载该第一通信节点的机器人所对应的任务信息之后，该第一通信节点可以首先根据机器人所要到达的任务目标点位置，结合机器人的环境信息、状态信息、位置信息等，对机器人的运动路径进行规划，使得机器人可以按照规划的运动路径到达任务目标点位置。
[0118]
在确定机器人到达任务目标点位置之后，该第一通信节点再根据任务目标点方向
调整机器人的朝向，使得机器人朝向任务目标点方向，以执行协同任务。
[0119]
可选地，接收各第一通信节点分别发送的搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息之前，该方法还包括：
[0120]
向各第一通信节点发送第二通信节点的定位数据和第二通信节点测得卫星的载波相位数据。
[0121]
具体地，本发明实施例中，可以基于局部架设的基站(即基准站)获取单体机器人的差分定位信息，基准站通信节点(即第二通信节点)可以预先获取其精确的定位数据(包括经纬度、高程值等)，并将其定位数据和其所测得卫星的载波相位数据(也可称为载波观测量数据)，发送给各个第一通信节点(例如可以是广播给各个第一通信节点)，第一通信节点接收到这些数据后，便可以基于这些数据以及第一通信节点测得卫星的载波相位数据，通过差分定位算法，解算获得第一通信节点对应的差分定位数据(包括相对于地球的绝对经纬度、高程值等)，然后基于所获得的差分定位数据，确定搭载第一通信节点的机器人的位置信息。
[0122]
在此需要说明的是，本发明提供的上述应用于第一通信节点和应用于第二通信节点的多机器人协同控制方法，是基于同一发明构思的，因此上述各方法实施例可以相互参照，重复之处不再赘述。
[0123]
图6为本发明提供的多机器人协同控制系统的结构示意图，如图6所示，该系统包括：
[0124]
多个第一通信节点600和一个第二通信节点610；
[0125]
各第一通信节点600和第二通信节点610之间，以及各第一通信节点600之间均建立无线通信连接，且各第一通信节点600分别与搭载第一通信节点600的机器人620一一对应连接；
[0126]
第一通信节点600用于执行上述各实施例提供的任一所述方法，例如：获取搭载第一通信节点600的机器人620的环境信息、状态信息和位置信息，并将机器人620的环境信息、状态信息和位置信息发送给第二通信节点610；接收第二通信节点610发送的机器人620对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向；机器人620对应的任务信息是第二通信节点610根据执行协同任务的各机器人620的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标确定的；根据任务目标点位置，对机器人620的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人620到达任务目标点位置，并在确定机器人620到达任务目标点位置后，控制机器人620调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务；
[0127]
第二通信节点610用于执行上述各实施例提供的任一所述方法，例如：接收各第一通信节点600分别发送的搭载第一通信节点600的机器人620的环境信息、状态信息和位置信息；根据各机器人620的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定并向各第一通信节点600发送各机器人620对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向，以供第一通信节点600根据任务目标点位置，对机器人620的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人620到达任务目标点位置，并在确定机器人620到达任务目标点位置后，控制机器人620调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0128]
本发明提出的上述基于融合差分定位自组网通信节点的室外异构机器人协同控制系统，在通信组网方式上，采用无线宽带自组网的方法，具备拓扑结构灵活、部署简便、通
信稳定等优点；定位功能采用自架设基站融合差分定位的方案，不仅定位精确且大大的降低了成本，同时避免了卫星系统所属国家的局限性；同时在系统的控制模式上，采用全局-局部规划相结合的形式，一方面保证了群体控制指挥中心对整个系统的全局掌控，合理的规划出各个单体所要到达的目标位置，另一方面鉴于单体机器人所搭载的通信节点，集成了国内研究机构自主研制的risc-v体系边缘计算芯片，具备智能单体感知信息的边缘计算能力，能够根据所要执行的协同控制任务，直接根据传感器所感知的环境信息进行局部路径规划，并保留实时避障能力。总体来说，上述基于融合差分定位自组网通信节点的室外异构机器人协同控制系统较好的实现了对异构系统的通用，对实现异构多机器人在分布式环境中的各种协同任务具有重要的意义。
[0129]
在此需要说明的是，本发明提供的上述多机器人协同控制系统，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
[0130]
下面对本发明提供的多机器人协同控制装置进行描述，下文描述的多机器人协同控制装置与上文描述的多机器人协同控制方法可相互对应参照。
[0131]
图7为本发明提供的多机器人协同控制装置的结构示意图之一，该装置可应用于第一通信节点，如图7所示，该装置包括：
[0132]
第一发送单元700，用于获取搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息，并将机器人的环境信息、状态信息和位置信息发送给第二通信节点；
[0133]
第一接收单元710，用于接收第二通信节点发送的机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向；机器人对应的任务信息是第二通信节点根据执行协同任务的各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标确定的；
[0134]
第一控制单元720，用于根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0135]
可选地，该装置还包括：
[0136]
第一差分定位单元730，用于：获取第二通信节点的定位数据和第二通信节点测得卫星的载波相位数据；根据第二通信节点的定位数据和第二通信节点测得卫星的载波相位数据，以及第一通信节点测得卫星的载波相位数据，解算获得第一通信节点对应的差分定位数据；基于差分定位数据，确定搭载第一通信节点的机器人的位置信息。
[0137]
可选地，载波相位数据基于全球定位系统gps、北斗bd和格洛纳斯glonass中的一个或多个测得。
[0138]
可选地，基于差分定位数据，确定搭载第一通信节点的机器人的位置信息，包括：将差分定位数据投影到平面直角坐标系中；根据差分定位数据在平面直角坐标系中对应的坐标位置，确定搭载第一通信节点的机器人的位置信息；其中，平面直角坐标系以第二通信节点的位置为坐标原点，以地理正东方向为x轴正方向，以地理正北方向为y轴正方向。
[0139]
可选地，机器人的朝向以地理正东方向为0
°
，以逆时针方向为正，机器人的朝向的变化范围为-180
°
～180
°
。
[0140]
可选地，根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，包括：根据任务目
标点位置和机器人的环境信息，对机器人的运动路径进行避障规划。
[0141]
可选地，根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，包括：在机器人到达任务目标点位置之前，按照预设频率更新机器人的位置信息，并在每次更新机器人的位置信息之后，均重新对机器人的运动路径进行规划，直至机器人到达任务目标点位置。
[0142]
可选地，各第一通信节点和第二通信节点之间，以及各第一通信节点之间均通过无线宽带自组网实现通信连接。
[0143]
可选地，各第一通信节点和各自对应的机器人之间、各第一通信节点和第二通信节点之间、以及各第一通信节点之间均采用统一的预定义的通信协议。
[0144]
图8为本发明提供的多机器人协同控制装置的结构示意图之二，该装置可应用于第二通信节点，如图8所示，该装置包括：
[0145]
第二接收单元800，用于接收各第一通信节点分别发送的搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息；
[0146]
第二控制单元810，用于根据各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定并向各第一通信节点发送各机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向，以供第一通信节点根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0147]
可选地，该装置还包括：
[0148]
第二差分定位单元820，用于：向各第一通信节点发送第二通信节点的定位数据和第二通信节点测得卫星的载波相位数据。
[0149]
在此需要说明的是，本发明提供的上述装置，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
[0150]
图9为本发明提供的电子设备的结构示意图之一，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)910、通信接口(communications interface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的任一所述多机器人协同控制方法的步骤，例如：获取搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息，并将机器人的环境信息、状态信息和位置信息发送给第二通信节点；接收第二通信节点发送的机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向；机器人对应的任务信息是第二通信节点根据执行协同任务的各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标确定的；根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0151]
图10为本发明提供的电子设备的结构示意图之二，如图10所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1010、通信接口(communications interface)1020、存储器(memory)1030和通信总线1040，其中，处理器1010，通信接口1020，存储器1030通过通信总
线1040完成相互间的通信。处理器1010可以调用存储器1030中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的任一所述多机器人协同控制方法的步骤，例如：接收各第一通信节点分别发送的搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息；根据各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定并向各第一通信节点发送各机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向，以供第一通信节点根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0152]
此外，上述的存储器930和1030中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0153]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各实施例提供的任一所述多机器人协同控制方法的步骤，例如：获取搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息，并将机器人的环境信息、状态信息和位置信息发送给第二通信节点；接收第二通信节点发送的机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向；机器人对应的任务信息是第二通信节点根据执行协同任务的各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标确定的；根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0154]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各实施例提供的任一所述多机器人协同控制方法的步骤，例如：接收各第一通信节点分别发送的搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息；根据各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定并向各第一通信节点发送各机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向，以供第一通信节点根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0155]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的任一所述多机器人协同控制方法的步骤，例如：获取搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息，并将机器人的环境信息、状态信息和位置信息发送给第二通信节点；接收第二通信节点
发送的机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向；机器人对应的任务信息是第二通信节点根据执行协同任务的各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标确定的；根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0156]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的任一所述多机器人协同控制方法的步骤，例如：接收各第一通信节点分别发送的搭载第一通信节点的机器人的环境信息、状态信息和位置信息；根据各机器人的环境信息、状态信息和位置信息，以及所要实现的协同任务目标，确定并向各第一通信节点发送各机器人对应的任务信息，任务信息包括任务目标点位置和任务目标点方向，以供第一通信节点根据任务目标点位置，对机器人的运动路径进行规划，按照规划的运动路径控制机器人到达任务目标点位置，并在确定机器人到达任务目标点位置后，控制机器人调整朝向至任务目标点方向，以执行协同任务。
[0157]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0158]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0159]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。