多機(jī)器人編隊的運(yùn)動規(guī)則.pdf

1、在過去二十年內(nèi)，多機(jī)器人系統(tǒng)在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中受到了廣泛關(guān)注，如機(jī)械制造，監(jiān)控巡邏，空間探索等領(lǐng)域的應(yīng)用。在許多實際應(yīng)用中，要求機(jī)器人組成并保持特殊的隊形以完成復(fù)雜的任務(wù)，如大型貨物物體的搬運(yùn)，地圖探測，目標(biāo)搜尋，和營救任務(wù)。在多機(jī)器人編隊研究中，運(yùn)動規(guī)劃是一個重要的問題，其必然受到多機(jī)器人編隊的各種幾何運(yùn)動約束。
　　 首先，為了解決在動態(tài)環(huán)境和有限環(huán)境信息下的編隊問題，我們提出了一種分布式的多機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃方法。我們設(shè)計了一種

2、改進(jìn)式的隨機(jī)生成樹路徑規(guī)劃器，該路徑規(guī)劃器將對每個機(jī)器人進(jìn)行在線的運(yùn)動規(guī)劃。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)編隊目標(biāo)位置時，機(jī)器人之間會互相制約產(chǎn)生運(yùn)動沖突或矛盾。具體來講，就是先到達(dá)編隊理想位置的機(jī)器人可能會阻礙其他機(jī)器人到達(dá)預(yù)定目標(biāo)。這種運(yùn)動上的沖突和矛盾可能會造成機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)位置時的運(yùn)行混亂甚至卡死現(xiàn)象。為了克服這種沖突矛盾，我們提出了一種動態(tài)優(yōu)先級的策略，用以規(guī)范組成編隊時的次序。并且，為了驗證所提出的各種方法，我們在一組移動式機(jī)器人上進(jìn)行了仿真

3、和實驗。實驗的結(jié)果證實了所提出的新路徑規(guī)劃器可有效地實時更新每個機(jī)器人的運(yùn)動規(guī)劃，而通過將動態(tài)優(yōu)先級策略嵌入至運(yùn)動規(guī)劃方法中，可以更快速有效的完成編隊組成的問題。
　　 其次，在此文中，我們進(jìn)一步討論和解決了多移動式機(jī)器人在設(shè)定路線上的編隊運(yùn)動規(guī)劃問題。在這個問題中，機(jī)器人不僅要求沿著設(shè)定路線前進(jìn)，而且，在運(yùn)動過程中需要完成一些編隊任務(wù)。通過將運(yùn)動規(guī)劃中的編隊關(guān)系建模為速度的函數(shù)，我們將此運(yùn)動規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一個速度優(yōu)化問題。另外

4、，為了使規(guī)劃的速度曲線符合機(jī)器人的運(yùn)動規(guī)律，我們還考慮了機(jī)器人的速度和加速度的邊界約束。我們將描述的編隊關(guān)系進(jìn)行綜合并考慮各種速度約束，最終建立了以維持編隊關(guān)系為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)。通過使用非線性規(guī)劃器LINGO，我們可以離線地得到了該速度優(yōu)化的結(jié)果。為了能解決一些突發(fā)情況，如對一些運(yùn)動物體進(jìn)行壁障，我們提出一種策略來在線調(diào)整所得的優(yōu)化結(jié)果。在策略中，當(dāng)有移動障礙物靠近機(jī)器人編隊時，機(jī)器人需要對其產(chǎn)生判斷和響應(yīng)，包括停止運(yùn)行或者沿原運(yùn)動規(guī)劃