群体机器人一致性及编队控制研究

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近年来,随着机器人的工作环境和任务变的越来越复杂,传统的单机器人或多机器人在外部环境信息的获取及处理的能力是有限的,其发展存在着一定的瓶颈。而受群体生物启发的群体机器人结构简单,容易设计和制造,使用成本更低,而且,群体机器人的可扩展性、灵活性、柔性和鲁棒性等都占有更大的优势,因此群体机器人有着十分广泛的应用前景。本文研究了群体机器人一致性以及编队控制方法,具体研究内容和成果主要体现在以下几个方面:(1)基于代数图论及矩阵论的方法介绍了群体机器人一阶系统、二阶系统一致性方法。针对现有文献中极少有考虑输入受限的一致性方法,给出了一种具有输入受限的一阶系统和二阶系统一致性方法,采用Lyapnov稳定性定理证明了这种方法的稳定性。运用MATLAB进行了大量的仿真,验证了一致性方法及相关定理的正确性。(2)研究了群体机器人一阶系统和二阶系统编队控制方法,在此基础上,运用本文所给出的输入受限一致性方法,提出了具有输入受限的群体机器人一阶系统和二阶系统编队控制方法。通过仿真得出,这种方法可以有效改善现有算法,从而能够更好的运用到实际中。(3)给出了基于领导者的群体机器人编队控制方法,并提出了一种基于领导者的群体机器人编队导航控制方法,该方法采用分层控制策略,即:目标层、领导层、跟随层。该方法可针对多个子集构成的群体机器人系统进行有效的编队导航控制。(4)开发了一种多功能、低成本、模块化的群体机器人实验平台,并利用该实验平台对本文所给出的群体机器人控制方法进行了实验。通过传感器采集了相关数据并传给计算机,绘制了相应的曲线,验证了本文所给出的群体机器人控制方法的正确性和实用性。
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