基于图和流体扰动算法的多无人车编队及避障研究

为解决多无人车编队在存在运动目标、移动威胁与突发威胁等多种情况的复杂环境中的避障问题,设计了一种基于刚性图论和流体扰动算法的多无人车编队避障控制算法。首先,针对编队控制问题,采用图论方法描述多无人车之间的协同关系,利用无人车之间的距离约束,基于反步控制理论设计领航-跟随编队控制器。李雅普诺夫分析表明,期望的编队形状是渐近稳定的。其次,针对复杂动态障碍物环境下的编队避障问题,设计了基于流体扰动算法的避障路径规划方法,由领航无人车规划出编队的行驶路径,实现编队的整体避障。最后,基于MATLAB的仿真结果验证了所提算法的有效性。     

多移动机器人协作任务的分布式控制系统

本文以多移动机器人协作执行围捕任务为背景，探讨了多机器人系统行为层规划及任务层中的任务分解和分配问题，提出了一种能有效降低计算量的编队中子任务的分配方法．为多移动机器人提供了一种在不确定环境中，动态变化的协作任务下进行基于传感器信息和通信信息的在线路径规划的方法．     

基于全向移动平台的多机器人编队控制研究

针对多机器人编队控制中的队形控制和协同避障问题,提出了基于麦克纳姆轮的全向移动多机器人编队的基于领航-跟随型编队控制算法.首先建立多机器人运动学模型,得到车体运动控制参数,并针对传统领航跟随法进行改进,设计一种虚拟结构领航-跟随法,并将改进的人工势场法引入领航机器人的在线局部路径规划中,通过添加虚拟斥力旋转势场,解决了局部极小值问题,实现了多机器人编队在静态障碍环境中无碰撞路径规划.最后通过Python仿真验证了该算法结合的有效性.     

多无人机自适应编队协同航迹规划

针对多无人机(UAV)协同航迹规划中因编队队形约束而忽略部分较窄通道的问题,提出了一种基于自适应分布式模型预测控制的快速粒子群优化(ADMPC-FPSO)方法。该方法利用领航跟随法和虚拟结构法相结合的编队策略构造出虚拟编队引导点,以完成自适应编队协同控制任务。根据模型预测控制的思想,结合分布式控制方法,将协同航迹规划转化为滚动在线优化问题,且以最小距离等性能指标为代价函数。通过设计评价函数准则,使用变权重快速粒子群优化算法对问题进行求解。仿真结果表明,通过所提算法能够有效实现多无人机协同航迹规划,并可根据环境变化快速完成自适应编队变换,同时较传统编队策略代价更低。     

基于群智能-一致性理论的无人机编队全过程飞行航迹规划方法

针对无人机编队执行任务全过程飞行规划问题,提出一种基于多步粒子群优化的无人机编队航迹规划算法.首先,对无人机和执行任务策略进行建模,将编队执行任务全过程划分为编队成形、执行任务、返航、解散和无人机降落5个阶段,设计不同阶段的飞行策略;其次,针对不同的终端约束条件,设计多类多层优化指标,提出多步粒子群算法,并引入模型预测控制滚动优化航路点,得到适用于不同阶段的能严格满足约束条件的航路规划方法;然后,建立旋转坐标系,将航路点信息转换为编队控制律中的理想航向和高度信息,得到能通过航路点的编队控制算法;最后,利用编队控制算法去执行航路规划方法给出的航路点,生成航迹,得到编队航迹规划算法.仿真结果表明,所提规划方法比传统方法更适用于编队飞行,能为编队规划执行任务全过程的平滑航迹,具有良好的通用性.     

基于牛顿迭代法的移动机器人编队算法

该文借鉴滚动规划的思想，探究了全局环境未知，障碍物分散条件下移动机器人系统的编队问题。文中提出的基于牛顿迭代法的移动机器人编队算法，将机器人系统的编队问题分解为各个机器人自主移向预定目标的过程，利用实时探得的局部环境信息，不断修整预定目标而完成编队。该算法计算量小，实时性强，不受编队形状所限。仿真结果表明了该算法的有效性。     

基于模糊人工势场法的多智能体编队控制及避障方法

针对动态环境中多智能体编队控制及避障问题,提出了一种基于模糊人工势场法的编队方法。首先,在领航跟随法的框架下控制编队队形,在动态队形变换策略的异构模式下,使用人工势场法为多智能体编队中每个智能体规划避障路径;其次,利用模糊控制器控制跟随智能体追踪领航智能体,同时保持跟随智能体之间与领航智能体的相对距离,遇到未知障碍物时,及时保持多智能体编队之间的队形并避免碰撞障碍物。针对人工势场法在引力增量系数和斥力增量系数设置的局限性,利用模糊控制器选择出适应环境的增量系数。Matlab仿真实验结果表明,该方法能够有效地解决复杂环境下多智能体编队控制及避障问题,使用效率函数对实验数据进行分析,验证了所优化方法的合理性和有效性。     

在障碍时变工作空间中机器人无碰撞平滑路径规划的一种算法研究

本文应用在障碍时变工作空间中把固定障碍和时变障碍分解的思想.首先就固定障碍问题,为机器人规划一条无碰撞路径,然后通过规划机器人的速度来达到避开活动障碍的目的.本文接着提出在时间-路径空间中以忽略可动障碍时机器人的运动策略为基准策略,根据障碍约束和机器人速度或加速度约束,用有理二次函数来规划机器人避开可动障碍的运动策略.     

基于栅格法的移动机器人运动规划研究

研究移动机器人运动规划问题.为实现机器人独立自主地完成任务行为,提出了一种利用栅格法对移动机器人运动进行规划,算法将运动规划分解为路径规划和运动控制两部分.在路径规划时,对栅格环境设定机器人的假想窗口栅格,并根据假想窗口和环境信息的可信度,设定实现环境信息优化的路径规划策略.根据机器人的运动学模型推导出机器人的运动控制律,以实现问题的求解.最后对运动规划方法进行了仿真验证,仿真结果证明了控制律的有效性.     

起伏地形环境中多移动机器人协作运输策略

对多机器人协作运输时环境地形起伏不平,运输过程中机器人和物体发生滑动的问题,提出了起伏地形环境中的协作运输策略.将观测者—推动者模式的多机器人协作推箱子任务转换为多机器人编队任务,通过基于几何规划的虚拟目标序列跟踪方法实现被推动物体脱离运动方向时运输编队的重新形成.协作运输策略中的观测者机器人采用平缓地形优先(navigate plain first to destination,NPFD)导航策略指导编队运动.     

A dynamic priority based path planning for cooperation of multiple mobile robots in formation forming

Robots that work in a proper formation show several advantages compared to a single complex robot, such as a reduced cost, robustness, efficiency and improved performance. Existing researches focused on the method of keeping the formation shape during the motion, but usually neglect collision constraints or assume a simplified model of obstacles. This paper investigates the path planning of forming a target robot formation in a clutter environment containing unknown obstacles. The contribution lies in proposing an efficient path planner for the multiple mobile robots to achieve their goals through the clutter environment and developing a dynamic priority strategy for cooperation of robots in forming the target formation. A multirobot system is set up to verify the proposed method of robot path planning. Simulations and experiments results demonstrate that the proposed method can successfully address the collision avoidance problem as well as the formation forming problem.     

一种基于改进冲突搜索的多机器人路径规划算法

针对智能仓储环境下多载位自主移动机器人集群拣选-配送路径规划问题,提出一种改进型基于冲突搜索的多智能体路径规划算法.在模型方面,采用多载位机器人替代KIVA机器人,建立以最小化拣选-配送时间以及无效路径比为目标的数学规划模型.在算法方面,首先,提出一种基于优先级规则的多智能体冲突消解加速策略;然后,设计基于动态规划的单机器人拣选序列优化算法;最后,设计考虑转向惩罚的增强A*算法搜索机器人最优路径.实验结果表明:所提出模型与KIVA系统相比有较大优越性;所提出算法能够有效缩短拣选-配送时间、减少无效路径时间.     

A hybrid formation path planning based on A* and multi-target improved artificial potential field algorithm in the 2D random environments

Traditional artificial potential field algorithm for multi-robot formation is easy to fall into local minima and the path planning efficiency is low. To this end, we propose a new method of a hybrid formation path planning based on A* and multi-target improved artificial potential field algorithm (A*-MTIAPF) that provides the optimal collision free path and improves the efficiency for multi-robot formation path planning. The A*-MTIAPF algorithm integrates global path planning and local path planning. The novelties include combining A* with the improved artificial potential field algorithm and dividing multiple virtual sub-target points on the global optimal path of A* planning. Firstly, A* algorithm is used to complete the global path planning. Secondly, the improved artificial potential field algorithm which takes multiple sub-target points divided by the global optimal path as virtual target points is used to complete local path planning by switching target points. In addition, we propose a double priority judgment control algorithm (DPJC) to solve the collision problem among multiple robots by setting double priority to determine the movement order of each robot. Then, a new experimental method is designed by using the randomly generated 2D maps to verify the effectiveness of the proposed method. The results show that our method has advantages that it solves the local minimum problem, improves the efficiency of formation path planning and avoids collision among multiple robots over existing methods.     

异构多目标差分-动态窗口算法 及其在移动机器人中的应用

为了实现在多移动机器人和多窄通道的复杂动态环境中机器人的节能运动规划,提出异构多目标差分-动态窗口法(heterogeneous multi-objective differential evolution-dynamic window algorithm,HMODE-DWA).首先,建立行驶时间、执行器作用力和平滑度的3目标优化模型,设计具有碰撞约束的异构多目标差分进化算法来获得3个目标函数的最优解,进而在已知的静态环境中获得帕累托前沿,利用平均隶属度函数获得起点与终点间最优的全局路径;其次,定义基于环境缓冲区域的模糊动态窗口法使机器人完成动态复杂环境中避障,利用所提出的HMODE-DWA算法动态避障的同时实现节能规划.仿真和实验结果表明,所提出的混合路径规划控制策略能够有效降低移动机器人动态避障过程中的能耗.     

一种基于改进人工蜂群算法的机器人实时路径规划方法

在移动机器人控制领域,路径规划是最重要并具有挑战性的问题之一。本文首先采用栅格法对环境进行建模,然后提出一种改进的人工蜂群算法用于机器人的路径规划。在该算法中,为了提高人工蜂群算法的收敛速度,提出自适应的搜索方式,并采用精英保留选择策略以避免机器人路径规划陷入局部最优。仿真实验结果表明,所提算法在机器人路径规划上的可行性与有效性。     

同轨行走可完成交汇的服务机器人巡航系统

服务型巡航机器人在交通和运载等领域的影响非常大，业内对于服务型机器人的研发力度不断增长。针对目前服务型机器人自巡航策略的问题，提出一种基于MK60FX512VLQ15微控制器的同轨异向可交汇行走的服务型机器人自巡航系统。该系统通过摄像头采集路径图像经MK60FX512VLQ15微控制器处理实现路径规划，采用超声波测距模块实现机器人之间的安全距离控制，通过蓝牙2.0进行机器人之间的实时通信，实现机器人间的相互交汇。同时采用QT Creator软件开发一款上位机软件，实现机器人的图像处理分析以及远程在线调试参数。实验结果表明，该系统的寻轨服务在复杂场景下，能够有效地在指定路径实现机器人间的互相交汇行走。     

基于协同多目标算法的多机器人路径规划

多机器人路径规划是群体机器人协同工作的前提,其特点是在防碰撞与避障的前提下追求多方面资源的最小消耗.针对这一特点,提出协同非支配排序遗传算法,解决具有多个优化目标的多机器人路径规划问题;运用改进的多目标优化算法,克服多目标优化取权值的不足,同时考虑机器人能源与时间两大资源,以多机器人的路径总长度、总平滑度、总耗时为规划目标.同时引入合作型协同算法框架,将难以求解的多变量问题分组求解.每个机器人的路径视为子种群,子种群通过带精英策略的非支配排序遗传算法,进化并筛选出子种群的部分进入协同进化,每次迭代更新外部的精英解集,最终生成一组非支配路径解.仿真结果表明,在栅格地图环境下,本文算法可有效实现多移动机器人的多优化目标路径规划.     

A PATH PLANNING METHOD BASED ON CELLULAR AUTOMATA FOR COOPERATIVE ROBOTS

A Cellular Automaton-based technique suitable for solving the path planning problem in a distributed robot team is outlined. Real-time path planning is a challenging task that has many applications in the fields of artificial intelligence, moving robots, virtual reality, and agent behavior simulation. The problem refers to finding a collision-free path for autonomous robots between two specified positions in a configuration area. The complexity of the problem increases in systems of multiple robots. More specifically, some distance should be covered by each robot in an unknown environment, avoiding obstacles found on its route to the destination. On the other hand, all robots must adjust their actions in order to keep their initial team formation immutable. Two different formations were tested in order to study the efficiency and the flexibility of the proposed method. Using different formations, the proposed technique could find applications to image processing tasks, swarm intelligence, etc. Furthermore, the presented Cellular Automaton (CA) method was implemented and tested in a real system using three autonomous mobile minirobots called E-pucks. Experimental results indicate that accurate collision-free paths could be created with low computational cost. Additionally, cooperation tasks could be achieved using minimal hardware resources, even in systems with low-cost robots.     

基于子目标搜索的机器人目标导向RRT路径规划算法

为解决移动机器人未知环境下的路径规划问题,提出基于子目标搜索的机器人目标导向RRT(rapidly- exploring random trees)路径规划算法.一方面,针对传统RRT算法固有的盲目搜索问题,引入目标导向函数,形成目标导向RRT路径规划算法,这一改进可减少冗余搜索,提高路径规划效率;另一方面,为了使机器人在首次探索未知环境时也能顺利抵达目标点,提出3种不同情况下的子目标搜索策略,包括无障碍环境下的直达策略、扫到边界点时的最短距离策略和扫不到边界点时的后退策略,这3种策略使机器人能够完成对未知环境的探索,而且可以克服易出现的局部极小点问题,使机器人具有逃离局部极小环境的能力.仿真实验结果验证了所提出算法的可行性和有效性.