机器人群体协同避障及分布式控制算法研究

来源 :国防科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dr404070578
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,包括协同搜索和救援在内的许多实际应用都引起了人们对机器人群体控制的极大关注。机器人群体通过单个机器人间的交互,实现机器人群体的协同运动,具有空间和功能的分布式和高容错性等特征。使得机器人群体大于个体之和,机器人群体可以执行单体机器人难以完成的复杂任务。机器人群体控制仍面临很多挑战,例如机器人群体避障时的群集一致性问题。这是由于未知环境下,机器人彼此之间的交互和环境的交互同时进行,频繁且量大的交互和计算使得机器人群体的实时控制难以实现。上述问题,限制了机器人群体在未知环境下应用的发展。因此,需要一个计算量和通信量可接受的控制算法,实现机器人群体在未知环境下的实时控制。第一,本文提出了一种机器人环境自适应控制模型。具体为,在未知环境中,机器人使用传感器直接获取环境信息进行处理,将处理后的环境信息与当前任务目标、避障任务作为输入,选择控制策略,根据策略和约束条件完成运动决策。第二,为了实现机器人群体的群体一致性和协同避障,本文研究了基于目标的绕行避障算法。基于路径预测和目标信息转换,对人工势场法进行了改进,同时实现了机器人到障碍与机器人到邻居机器人的距离控制,并通过Gazebo仿真器实验验证了该绕行避障算法的有效性。第三,提出了一种基于邻居奖励的分布式的控制策略,以优化机器人群体系统在未知环境下的碰撞躲避和自组织。这种分布式策略利用奖励值(包括速度奖励和障碍奖励)来衡量机器人的运动和状态,并通过奖励值来确定是否与邻居机器人交互或借鉴邻居的运动状态以调整自身的运动。通过这种有选择性的交互,我们降低了多机系统中的交互成本,提升了多机器人系统的可拓展性。同时,这种控制策略让机器人得以通过邻居的信息来优化自身对周围环境信息的获取,帮助多机器人系统更好地应对未知环境。本文设计了有不同障碍的场景,基于邻居奖励分布式控制和绕行避障控制算法,我们用多个四旋翼无人机在仿真环境中进行了策略验证和对比实验,实验结果证明了控制算法在未知环境下的适应性和机器人数量的可拓展性。
其他文献
足式机器人相对于传统轮式机器人最大的优越性在于对复杂地形环境具有更好适应性,为实现对复杂环境的适应,四足机器人通过自身姿态传感器以及足端接触力传感器、以及视觉传感器结合机器人运动学获取支撑面坡度信息,并据此通过调整机器人各腿平衡位置的方式改变机器人的腿长,使机器人重心投影基本处于支撑面中心位置以保持身体稳定,也通过腿长的变化适应起伏的地面同时完成上坡上台阶的运动达到环境适应的目的。本文基于Hopf
习近平总书记在2015年9月提出"中华民族共同体意识"。加强中华民族团结,长远和根本的是增强文化认同,建设各民族共有精神家园,积极培养中华民族共同体意识成为社会各界的共识。中国的多民族文学研究应该如何回应这一新时代目标?本期刊发一组"中华民族共同体的理念导向与民族文学功能"笔谈文章,从民族文学功能角度提出了"民族文学的特殊使命——铸牢中华民族同体意识",正是对这一时代命题的深入解读。
期刊
空中飞机目标按照工作原理和用途可以分为直升机、螺旋桨飞机、喷气式飞机三种。这三种空中飞机目标雷达回波信号主要包括机身分量和旋转部件微动分量。分离飞机目标雷达回波信号中的微动分量并进行微动特征提取与识别,这两项研究受到国内外学术界和工业界的广泛关注,在军事和民用领域都具有重要的应用价值。对于飞机目标识别,传统特征提取方法需要更多的人工操作,不仅耗费时间和精力,且因为人工经验抽取信号特征是随机过程,会
某新型复合型传感器作为车载故障诊断系统的关键信息采集部件,主要功能是监测列车各轴承、齿轮等测点的温度、振动、冲击信号,一般安装在车下,其承受的各方面的环境应力相当严酷,同时又要求高可靠长寿命,若采用传统的可靠性增长试验技术,时间长、费用高,难以承受。近年来,可靠性强化试验技术发展迅速,因其具有低成本且高效的优点,应用越来越广泛。本文将可靠性强化试验技术应用于该型复合型传感器,开展了如下研究工作:首
情感分析或意见挖掘是对人们对实体及其附属或特定定义具有感情色彩的主观性观点的计算研究。该领域的起步和快速发展与社交媒体的保持发展相一致,如国内微信、微博、QQ空间、抖音等社交媒体,随着社交媒体的迅猛发展和海量数据的生成,越来越多的研究将社交媒体信息用于医学领域研究,其中精神医学是其热点领域之一。本论文主要面向领域文本情感分析做了两方面工作,具体如下:一、Google发布了一种基于深度双向Trans
行人重识别(Person Re-Identification)指跨摄像机行人检索,其目标是通过检索得到同一个行人在不同摄像机下的图像。特征提取是行人重识别的第一个步骤,但是由于行人的运动、目标检测算法的使用以及不同摄像机所处的环境差异等,行人的图像中存在多种不对齐问题。这些不对齐问题会使得图像中行人的外观特征产生偏差,进而影响行人重识别的精度。在本文中,我们研究了行人图像的特点,并将不对齐问题划分
移动机器人在开放环境中执行复杂任务时,通过基于对环境变化的规约来构建控制模型以驱动机器人运行。这为移动机器人这一软硬件协同工作的平台带来以下挑战:(1)开放环境的不确定性使得模型设计的先验知识缺失,从而导致机器人行为决策存在未知风险;(2)受限于物理环境与物理行为,移动机器人行为决策的执行效果与预期不完全匹配;(3)感知信息的滞后性的存在要求移动机器人在短时间内生成行为决策以避免感知信息失效。针对
作为一种典型的无人作战形式,多无人机对抗复杂多变、不确定强,一直是军事领域的研究热点。本文通过空战任务分析、多智能体系统建模、多无人机空战仿真等方法,对面向多无人机对抗任务的深度强化学习方法开展了研究。本文的研究内容主要包括:1、阐述了多无人机对抗任务的知识背景与研究价值。对多智能体深度强化学习算法与其应用领域进行了详细介绍,并将其感知与决策能力应用在多无人机协同空战,提出了面向多无人机对抗任务的
随着教育理念的不断更新,新课改的不断深入,初中体育也越发受到重视。而将德育教育渗透进初中体育中是新课改的重要内容,具有着非常意义。将德育渗透进体育教学中,能够让学生在强身健体、获取体育知识、理论、技能的同时,培养良好的体育素质与精神品质,从而帮助学生身心健康发展。本文就德育在在初中体育中的作用与如何将德育教育有效渗透进体育课堂中展开讨论,望为初中体育教学提供帮助。
网上零售商的多样化和网购的普及激发了物流业的迅猛发展。虽然大量的物流运输促进了经济的发展和服务的便捷,快递公司们仍然面临着很多挑战:1)物流成本居高不下;2)节假日快递数量激增导致物流运力不足从而屡屡发生“爆仓”现象;3)专用物流车辆加剧了交通拥堵和环境污染(如碳排放)等问题。在本文中,我们提出了基于众包公共交通系统(CPTS)的城市包裹分发与筹划(CPDCP:City-wide Package