基于行星系法多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì).pdf

1、隨著分布式計(jì)算學(xué)科的發(fā)展，專家和學(xué)者逐漸從對(duì)單體機(jī)器人的研究，擴(kuò)展到對(duì)多機(jī)器人的研究。多機(jī)器人系統(tǒng)具有容錯(cuò)性好、魯棒性強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，故多機(jī)器人系統(tǒng)在軍事、航空航天、工業(yè)制造等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多機(jī)器人系統(tǒng)研究范圍包括編隊(duì)、協(xié)調(diào)合作、路徑規(guī)劃、目標(biāo)跟蹤等方面。就多機(jī)器人編隊(duì)而言，常用的控制結(jié)構(gòu)有集中式控制結(jié)構(gòu)和分布式控制結(jié)構(gòu)，常用的編隊(duì)模式有基于領(lǐng)航者模式、基于行為的模式、基于勢(shì)場(chǎng)法的模式。為了改進(jìn)傳統(tǒng)編隊(duì)模式，本文提出了基于

2、行星系法多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)模式，并從理論和仿真方面進(jìn)行了深入的分析和研究。本文主要成果如下：
　　 根據(jù)行星系運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)則，提出了基于行星系法多機(jī)器人編隊(duì)方法。行星系法綜合利用了勢(shì)場(chǎng)法、領(lǐng)航者編隊(duì)法以及基于行為的方法策略，融合了集中式控制結(jié)構(gòu)、分布式控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。通過和傳統(tǒng)編隊(duì)方法對(duì)比，分析了行星系法的優(yōu)點(diǎn)。行星系法中的跟隨者機(jī)器人可以通過改變相對(duì)于領(lǐng)航者機(jī)器人的距離和方位角來實(shí)現(xiàn)整體隊(duì)形的變換，使機(jī)器人群體可以有效避障和通過狹窄路

3、面。
　　 通過構(gòu)建移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)，利用終值定理和李亞普諾夫穩(wěn)定判據(jù)證明了基于行星系法多機(jī)器機(jī)器人編隊(duì)的穩(wěn)定性，并給出了機(jī)器人控制系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件。該必要條件探討了PID控制參數(shù)中，比例積分常數(shù)和微分常數(shù)之間需要滿足的關(guān)系式。
　　 在基于勢(shì)場(chǎng)法的基礎(chǔ)上，提出了基于行星系法的編隊(duì)實(shí)現(xiàn)方案，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。該模型中，領(lǐng)航者機(jī)器人相當(dāng)于行星系中的恒星，而跟隨者機(jī)器人相當(dāng)于行星系中的行星。領(lǐng)航者機(jī)器人和跟

4、隨者機(jī)器人之間既存在引力，又存在斥力；機(jī)器人和目標(biāo)點(diǎn)之間存在引力；機(jī)器人和障礙物之間存在斥力。
　　 建立了基于行星系法多機(jī)器人編隊(duì)的仿真平臺(tái)。在該仿真平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了基于行星系法多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于行星系法多機(jī)器人編隊(duì)策略的正確性和穩(wěn)定性，并重點(diǎn)定性分析了質(zhì)量比例系數(shù)、彈簧比例系數(shù)對(duì)多機(jī)器人編隊(duì)的影響。其中，質(zhì)量比例系數(shù)反映了多機(jī)器人群體遷移能力和保持在預(yù)定軌道上運(yùn)行的能力，彈簧比例系數(shù)反映了多機(jī)器人群體保持整體