多機器人編隊自修復(fù)算法設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、相比于傳統(tǒng)的單移動機器人系統(tǒng)而言，多機器人系統(tǒng)作為冗余系統(tǒng)，具有重配置、變結(jié)構(gòu)等特點，因而可以降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)的效率和魯棒性。多機器人編隊是指多個自主移動的機器人在運動過程中保持某種特定形狀的控制技術(shù)。它被廣泛應(yīng)用于軍事偵察、災(zāi)難救援、航空航天和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域中。在軍事應(yīng)用中，多機器人編隊可以用于偵察區(qū)域覆蓋、突破防線等任務(wù)；在災(zāi)難救援中，多機器人編隊形式能夠擴大救援范圍、提高救援效率；在航天航空領(lǐng)域，小型衛(wèi)星編隊可以減少推進過程

2、中的燃料消耗并擴大衛(wèi)星集群的感知范圍；在智能交通領(lǐng)域，車輛的編隊行駛能夠極大的緩解高速公路的交通壓力；在生物領(lǐng)域，編隊控制能夠幫助研究人員更好的理解生物的社會行為，如鳥群或魚群的集體遷徙現(xiàn)象。然而，由于多機器人編隊經(jīng)常工作在較為危險或者敵對的環(huán)境之中，存在較多的不確定性因素，機器人故障或缺失不可避免。機器人缺失將會使編隊性能下降、工作效率降低，若不采取相對應(yīng)的處理措施，甚至可能會導(dǎo)致機器人編隊任務(wù)失敗。因此，需要設(shè)計一種能夠在機器人缺失

3、后自主修復(fù)機器人編隊拓?fù)浜拖到y(tǒng)性能的自修復(fù)算法。本文針對機器人編隊中部分機器人缺失后的自修復(fù)問題，提出一種基于梯度的分布式編隊自修復(fù)算法，該算法借助機器人鄰居間局部交互，使機器人編隊能夠自主修復(fù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳⑻岣邫C器人編隊網(wǎng)絡(luò)的運動同步性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴考慮各機器人缺失對編隊運動同步性的影響，提出一種梯度生成和擴散機制，在編隊中形成穩(wěn)定的梯度分布，并將該梯度生成和擴散機制與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝袚Q的相關(guān)結(jié)論結(jié)合，提出一套能夠改善運動

4、同步性的網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)切換規(guī)則及其對應(yīng)的分布式個體控制實現(xiàn)，同時證明上述基于梯度的編隊自修復(fù)算法不但能夠改善編隊運動同步性而且使修復(fù)路徑最短；⑵針對不同優(yōu)化指標(biāo)下遞歸自修復(fù)算法修復(fù)機器人序列選擇問題，以梯度值為基礎(chǔ)引出梯度向量的概念，并提出一種基于梯度向量的遞歸自修復(fù)算法框架，通過改變梯度向量的內(nèi)容，選擇不同的修復(fù)機器人序列，適應(yīng)不同的優(yōu)化指標(biāo)；⑶通過不同機器人個數(shù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ拖碌姆抡妫炞C本文算法的有效性和最優(yōu)性，同時通過在多機器人實驗