對抗環(huán)境中多機(jī)器人群體博弈與協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、近年來,多移動(dòng)機(jī)器人群集運(yùn)動(dòng)控制受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,而研究多機(jī)器人群體中個(gè)體之間的協(xié)調(diào)控制,特別是將對抗博弈的思想引入機(jī)器人群體的協(xié)調(diào)控制或群集規(guī)劃中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要研究了對抗環(huán)境中多機(jī)器人博弈群體協(xié)調(diào)控制問題,從兩個(gè)機(jī)器人群體的圍捕-逃逸的博弈行為入手,研究機(jī)器人群體的協(xié)調(diào)控制,并探討了多機(jī)器人群體系統(tǒng)的編隊(duì)控制問題,而后從個(gè)體的角度出發(fā),進(jìn)一步研究了移動(dòng)機(jī)器人三維空間路徑規(guī)劃問題,文章的主要研究成果結(jié)構(gòu)如下:

2、>　　首先,本文介紹了移動(dòng)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)與理論,總結(jié)了多機(jī)器人群體協(xié)調(diào)控制研究方法,以及編隊(duì)控制和路徑規(guī)劃技術(shù)研究現(xiàn)狀,為后續(xù)研究工作打下基礎(chǔ)。
　　其次,針對目標(biāo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡未知及圍捕過程中主動(dòng)逃逸的問題,提出一種連續(xù)環(huán)境下動(dòng)態(tài)預(yù)測目標(biāo)的多機(jī)器人群體博弈的圍捕-逃逸算法,該算法通過對目標(biāo)位姿狀態(tài)進(jìn)行采樣,滾動(dòng)擬合目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡,并基于一致性卡爾曼濾波算法動(dòng)態(tài)預(yù)測出目標(biāo)下一時(shí)刻的可能位置;隨后提出基于粒子群優(yōu)化算法占領(lǐng)目標(biāo)周圍

3、合圍點(diǎn)的策略,圍捕機(jī)器人形成對目標(biāo)的合圍態(tài)勢并不斷收縮包圍圈,完成圍捕任務(wù)。
　　再次,考慮在圍捕-逃逸博弈中,多機(jī)器群體通過形成編隊(duì)聯(lián)合搜索對提高協(xié)作效率的實(shí)際意義,研究了多機(jī)器人群體系統(tǒng)隊(duì)形的形成和保持問題。以實(shí)驗(yàn)室四輪萬向驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人為研究對象,首先建立單移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,其次利用圖論知識、構(gòu)造與多機(jī)器人系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)相關(guān)的勢函數(shù),提出一種機(jī)器人群體系統(tǒng)的任意隊(duì)形編隊(duì)的分布式控制算法,而后設(shè)計(jì)了能夠有效控制機(jī)器人群體編隊(duì)隊(duì)

4、形的分布控制律,并給出了控制編隊(duì)穩(wěn)定的收斂性分析。
　　最后,在研究機(jī)器人群體博弈與協(xié)調(diào)行為的基礎(chǔ)上考慮個(gè)體層次的路徑規(guī)劃行為,并將規(guī)劃空間延伸到三維,提出一種基于混合變異粒子群優(yōu)化(HPSO)算法的三維路徑規(guī)劃方法,通過對三維空間分割降維,劃分“可行域”與“搜索邊界”,縮小最短路徑解的搜索范圍。利用定向變異和隨機(jī)變異操作收縮解空間,使粒子群在優(yōu)化過程中產(chǎn)生向規(guī)劃起點(diǎn)到終點(diǎn)的中心軸線收縮的作用,以更貼近障礙物的邊界,從而使所使規(guī)劃