基于圖論法的多水下機(jī)器人編隊控制研究.pdf

1、隨著多機(jī)器人學(xué)的發(fā)展和水下機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，多水下機(jī)器人協(xié)同作業(yè)被公認(rèn)為未來水下機(jī)器人應(yīng)用的重要方向之一。編隊航行是最基本、最具代表性的協(xié)同作業(yè)行為，通常是指多個機(jī)器人在空間上保持特定幾何隊形、共同行進(jìn)（或作業(yè)）的過程。多水下機(jī)器人編隊與多移動機(jī)器人、多無人機(jī)編隊相比，核心難點是水聲通信和相互感知的局限性。這些局限性使得多水下機(jī)器人之間既不能實時準(zhǔn)確的傳遞位置信息，也不能通過感知手段獲得相對方位信息，如何在這種不完全、不確定信息條件下實

2、現(xiàn)大規(guī)模多水下機(jī)器人編隊是難點之一。
　　在不能建立通信組網(wǎng)的條件下，一種思路是找到多水下機(jī)器人編隊的基本單元，然后實時地將復(fù)雜編隊分解為基本編隊以實現(xiàn)任意隊形的控制。本課題基于這一思路引入圖論基本理論，從建模、分析和控制的角度深入研究了多水下機(jī)器人復(fù)雜編隊問題。主要研究內(nèi)容包括：
　　1）分析了圖和多水下機(jī)器人控制圖的對應(yīng)關(guān)系，給出了控制圖剛性和維持性的定義，并構(gòu)建了多水下機(jī)器人復(fù)雜編隊和基本編隊控制圖模型。
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3、）依據(jù)圖論方法對復(fù)雜編隊控制圖進(jìn)行分析，提出了復(fù)雜編隊分解為基本編隊的連通圖條件，以及復(fù)雜編隊控制圖生成的充要條件和鄰接矩陣產(chǎn)生方法。
　　3）針對不同通信條件下基本編隊的實現(xiàn)，提出了三種編隊控制方法并對每種方法應(yīng)用的局限性進(jìn)行了分析。
　　4）對所提出的基本編隊控制方法和復(fù)雜編隊生成方法進(jìn)行了仿真驗證和實驗驗證。
　　研究結(jié)果表明：應(yīng)用圖論進(jìn)行編隊分解是實現(xiàn)不確定通信下大規(guī)模多水下機(jī)器人編隊的有效途徑之一，能夠?qū)?fù)雜