基于行星系法多移動機器人編隊.pdf

1、隨著分布式計算學科的發(fā)展，專家和學者逐漸從對單體機器人的研究，擴展到對多機器人的研究。多機器人系統(tǒng)具有容錯性好、魯棒性強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，故多機器人系統(tǒng)在軍事、航空航天、工業(yè)制造等領域具有廣闊的應用前景。多機器人系統(tǒng)研究范圍包括編隊、協(xié)調合作、路徑規(guī)劃、目標跟蹤等方面。就多機器人編隊而言，常用的控制結構有集中式控制結構和分布式控制結構，常用的編隊模式有基于領航者模式、基于行為的模式、基于勢場法的模式。為了改進傳統(tǒng)編隊模式，本文提出了基于

2、行星系法多移動機器人編隊模式，并從理論和仿真方面進行了深入的分析和研究。本文主要成果如下：
　　 根據(jù)行星系運轉規(guī)則，提出了基于行星系法多機器人編隊方法。行星系法綜合利用了勢場法、領航者編隊法以及基于行為的方法策略，融合了集中式控制結構、分布式控制結構的優(yōu)點。通過和傳統(tǒng)編隊方法對比，分析了行星系法的優(yōu)點。行星系法中的跟隨者機器人可以通過改變相對于領航者機器人的距離和方位角來實現(xiàn)整體隊形的變換，使機器人群體可以有效避障和通過狹窄路

3、面。
　　 通過構建移動機器人控制系統(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器機器人編隊的穩(wěn)定性，并給出了機器人控制系統(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)之間需要滿足的關系式。
　　 在基于勢場法的基礎上，提出了基于行星系法的編隊實現(xiàn)方案，并建立了相應的數(shù)學模型。該模型中，領航者機器人相當于行星系中的恒星，而跟隨者機器人相當于行星系中的行星。領航者機器人和跟

4、隨者機器人之間既存在引力，又存在斥力；機器人和目標點之間存在引力；機器人和障礙物之間存在斥力。
　　 建立了基于行星系法多機器人編隊的仿真平臺。在該仿真平臺上，實現(xiàn)了基于行星系法多移動機器人編隊仿真實驗，驗證了基于行星系法多機器人編隊策略的正確性和穩(wěn)定性，并重點定性分析了質量比例系數(shù)、彈簧比例系數(shù)對多機器人編隊的影響。其中，質量比例系數(shù)反映了多機器人群體遷移能力和保持在預定軌道上運行的能力，彈簧比例系數(shù)反映了多機器人群體保持整體