论文部分内容阅读
多移动机器人编队控制问题是目前机器人领域和多智能体领域融合发展的热点之一。多机器人编队控制指从起始点到达目标点的过程中利用某种一致的控制方式形成稳定的编队队列,同时又要受到外界环境的限制。
本文对无障碍环境下的多移动机器人编队控制的问题和有障碍环境下多移动机器人编队避障控制的问题进行研究。对多移动机器人编队系统建立虚拟领航者-虚拟跟随者编队控制模型、设计饱和积分滑模控制器,并且采用Lyapunov稳定性理论对控制系统稳定性进行验证。主要工作如下:
首先,就轮式移动机器人在笛卡尔坐标系下进行建模,构造运动学方程和动力学方程,介绍常用避障算法,构建编队和避障系统的软件框架,为后续的理论介绍和仿真实验奠定基础。
其次,在无障碍环境下,采用虚拟领航者-虚拟跟随者的非完整轮式移动机器人编队控制模型。针对传统滑模控制编队中存在明显的抖振现象,重新构造传统滑模控制的滑模控制面,引入积分饱和切换函数,抑制抖振现象的出现,并通过构造Lyapunov函数来验证基于改进滑模控制的编队控制系统的稳定性。仿真结果表明:基于改进的滑模控制系统能够很好的改善整个编队系统的稳定性能,抑制滑模控制产生的抖振现象。
最后,考虑到障碍物的存在会影响编队行为,研究非完整轮式多移动机器人编队避障问题。纯粹的人工势场法产生的“死锁”现象会可能导致编队的失败,本文在人工势场的结合下采用基于Line-of-sight的几何避障方法,利用移动机器人自带的距离传感器,将障碍物抽象为其外接圆模型,其半径即为障碍物产生斥力影响的最大范围,利用几何数学关系模型确定轮式移动机器人所要避障的运动方向,并用Lyapunov稳定性理论证明所设计的避障方式的有效性和稳定性。确定移动机器人的避障角度之后,需要一定的缓冲时间改变其运动方向,本文给出角速度变化率这一概念,建立几何避障面,保证避障的顺利进行。仿真结果表明:在保证非完整轮式多移动机器人的编队完整性的前提下,人工势场下基于Line-of-sight的几何避障的方法能够顺利的完成编队避障操作。
本文对无障碍环境下的多移动机器人编队控制的问题和有障碍环境下多移动机器人编队避障控制的问题进行研究。对多移动机器人编队系统建立虚拟领航者-虚拟跟随者编队控制模型、设计饱和积分滑模控制器,并且采用Lyapunov稳定性理论对控制系统稳定性进行验证。主要工作如下:
首先,就轮式移动机器人在笛卡尔坐标系下进行建模,构造运动学方程和动力学方程,介绍常用避障算法,构建编队和避障系统的软件框架,为后续的理论介绍和仿真实验奠定基础。
其次,在无障碍环境下,采用虚拟领航者-虚拟跟随者的非完整轮式移动机器人编队控制模型。针对传统滑模控制编队中存在明显的抖振现象,重新构造传统滑模控制的滑模控制面,引入积分饱和切换函数,抑制抖振现象的出现,并通过构造Lyapunov函数来验证基于改进滑模控制的编队控制系统的稳定性。仿真结果表明:基于改进的滑模控制系统能够很好的改善整个编队系统的稳定性能,抑制滑模控制产生的抖振现象。
最后,考虑到障碍物的存在会影响编队行为,研究非完整轮式多移动机器人编队避障问题。纯粹的人工势场法产生的“死锁”现象会可能导致编队的失败,本文在人工势场的结合下采用基于Line-of-sight的几何避障方法,利用移动机器人自带的距离传感器,将障碍物抽象为其外接圆模型,其半径即为障碍物产生斥力影响的最大范围,利用几何数学关系模型确定轮式移动机器人所要避障的运动方向,并用Lyapunov稳定性理论证明所设计的避障方式的有效性和稳定性。确定移动机器人的避障角度之后,需要一定的缓冲时间改变其运动方向,本文给出角速度变化率这一概念,建立几何避障面,保证避障的顺利进行。仿真结果表明:在保证非完整轮式多移动机器人的编队完整性的前提下,人工势场下基于Line-of-sight的几何避障的方法能够顺利的完成编队避障操作。