多機器人編隊控制及連通性保持研究.pdf

1、隨著計算機技術(shù)和無線通信技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，單一機器人系統(tǒng)難以勝任的工作被由多個機器人組成的群體系統(tǒng)取代己經(jīng)成為了可能。群體機器人系統(tǒng)具有環(huán)境感知力強，效率高和魯棒性強等單機器人難以掌握的優(yōu)勢，而多機器人的編隊控制已成為多機器人協(xié)作領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容之一。
　　本文在總結(jié)相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，重點對機器人群體的隊形形成與保持進行研究，提出了合適的控制算法。論文主要工作內(nèi)容和研究成果如下：
　?。?）介紹本課題的預(yù)備知識及描

2、述相關(guān)系統(tǒng)模型和算法。其中，預(yù)備知識是有關(guān)圖論理論的介紹，包括圖的鄰接矩陣和Lap lace矩陣；相關(guān)系統(tǒng)模型有二階機器人群體系統(tǒng)模型和虛擬領(lǐng)導(dǎo)者模型；算法包括蜂擁控制算法和社團劃分算法。此部分是為接下來機器人群體編隊的研究作準備。
　?。?）針對大規(guī)模機器人的群體運動過程控制中，多機器人的隊形不易形成和保持以及機器人個體間的通信等問題，提出一種基于多級拓撲結(jié)構(gòu)的機器人群體編隊控制算法。首先，設(shè)計一種多級拓撲結(jié)構(gòu)作為機器人群體在動

3、態(tài)期望區(qū)域內(nèi)的編隊形狀；其次，在此基礎(chǔ)上提出一種機器人群體編隊及避障控制器，各層級間機器人的通信是雙向的，控制器中形狀調(diào)節(jié)力用于解決編隊中因可能出現(xiàn)局部極小值而導(dǎo)致機器人死鎖的問題，并保持隊形穩(wěn)定，方向控制力用于確定隊形結(jié)構(gòu)的方向。最后，在本章中給出了一些仿真來驗證了所給出編隊算法的正確性和有效性。
　　（3）在進一步研究大規(guī)模機器人的群體運動時，可通過引入社團劃分和牽制控制的思想，提出了一種基于社團和多級拓撲的機器人群體編隊控制