一类非完整移动机器人编队控制方法

针对大部分两轮非完整移动机器人轮轴中心与几何中心不重合的特点, 提出一种多机器人协调编队控制算法. 构造队形参数矩阵确定编队形状, 根据领航机器人和相关队形参数生成虚拟机器人, 把编队控制分解为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪. 建立虚拟机器人与跟随机器人之间误差系统模型, 利用Lyapunov 理论设计相应控制器, 从而实现队形保持和变换. 应用microsoft robotics developer studio 4(MRDS4) 搭建3D 仿真平台, 设计3 组实验, 结果进一步验证了所提出方法的有效性.

     

多移动机器人避障编队控制

研究了非完整移动机器人群的避障编队问题. 在次优化控制基础上, 通过对每个交互机器人求解指标函数存在耦合的优化问题提出了两种算法. 在终端惩罚项中加入了势场函数并且构造出相应的终端约束集. 关于系统稳定性及安全性进行了讨论. 仿真实例说明了所提算法的可行性.     

非完整移动机器人编队的滑模控制

提出了一个非线性滑模控制器,协调一组非完整移动机器人以取得合乎要求的编队．考虑了两个机器人组成的领航者—跟随者机器人模型,通过滑模控制使它们沿预定的轨迹运动并保持预定的相对距离、方位角及运动方向．运用传统的李亚普诺夫理论研究了闭环系统的稳定性．在合理的假设下,从理论上证明了存在有界干扰情形下机器人编队的渐近稳定性,即所设计的滑模控制器使得相对距离误差、方位角误差及运动方向误差渐近稳定．最后,给出了两台机器人情形的数值仿真例子来验证该方法的有效性．     

带扰动的多非完整移动机器人分布式有限时间一致性控制

论文研究多个非完整移动机器人在控制输入存在干扰时,有限时间一致性控制问题.利用坐标变换,将多移动机器人系统的一致性问题转化为非完整约束链式系统的一致性问题,在控制输入带有未知有界干扰的条件下,设计了一种分布式控制算法,并利用Lyapunov理论证明了该算法能够使移动机器人的各个状态在有限时间内达到一致.最后通过数值仿真验证了算法的有效性.     

多移动机器人编队的分布式控制系统

分布式控制是用于多智能体协调的系统设计方法． 编队控制是一种最常见的 协调问题．本文以机器人的运动模型和基于行为的算法为基础,对一种用于编队控制的分布 式控制系统进行了阐述和设计,并通过实验对系统进行了验证．     

受非完整约束移动机器人的跟踪控制

讨论受非完整约束移动机器人运动学模型和动力学模型的跟踪控制问题.通过把它们化成统一的标准型,提出了新的动态跟踪控制器.这些控制器具有维数低和没有奇异点的优点.仿真结果表明了所提出控制方法的有效性.     

多移动机器人避障编队控制

研究多移动机器人避障优化设计,针对多移动机器人在障碍物环境下的编队控制问题,为了保持整体合理避障和控制系统的稳定性和安全性,提出一种多机器人避障编队控制策略.首先获得多移动机器人编队的队形结构模型,结合多机器人完成避障编队任务的问题描述;在此基础上引入导航函数采用一种避障编队控制算法,使移动机器人能以设定的队形运动到目标点,可保证编队运动过程中未与障碍物发生碰撞.进行仿真的结果证明,所提算法解决了多机器人编队与避障问题,并保证了闭环系统的稳定性与安全性,验证了设计方法的有效性.     

非完整移动机器人的轨迹跟踪控制

讨论基于运动学模型的非完整移动机器人的轨迹跟踪控制问题。在一定的假设条件下实现了全局指数跟踪，该假设允许参考模型角速度和平移速度均趋于零，并将该方法推广到 动力学模型。仿真例子证明了该方法的有效性。     

移动机器人编队的递归模糊神经网络滑模控制

研究非完整移动机器人编队控制优化问题,由于动态模型存在诸多不稳定性,针对领航者-跟随者l-ψ控制结构,提出了一种Back stepping运动学控制器与自适应神经滑模控制器相结合的新型控制策略.采用动态递归模糊神经网络(dynam-ic recurrent fuzzy neural network,DRFNN)对跟随者及领航者动力学非线性不确定部分进行在线估计,并通过自适应鲁棒控制器对神经网络建模误差进行补偿.所提方法不但解决了移动机器人编队控制的参数与非参数不确定性问题,同时也确保了机器人编队在期望队形下对指定轨迹的跟踪;根据Lyapunov方法的设计过程,保证了控制系统的稳定;仿真结果表明了改进方法对机器人编队优化控制的有效性.     

复杂地形环境下多机器人编队控制方法

针对复杂地形地面崎岖起伏的特点,提出了一种多机器人系统编队控制方法.首先,分析了复杂地形环境下的系统队形模型.通过建立三维地形环境下编队系统的误差模型,并运用空间投影法将其映射到二维平面上,对系统的编队误差进行分析.然后利用李雅普诺夫函数构造控制器,并根据环境中的特定地形设计相应的编队行驶策略,实现了多机器人系统在复杂地形环境下的编队控制.最后,通过3种典型复杂地形环境下两种非完整移动机器人的编队仿真,验证了该方法的有效性.     

Finite‐time formation control of multiple nonholonomic mobile robots

This paper considers finite‐time formation control problem for a group of nonholonomic mobile robots. The desired formation trajectory is represented by a virtual dynamic leader whose states are available to only a subset of the followers and the followers have only local interaction. First of all, a continuous distributed finite‐time observer is proposed for each follower to estimate the leader's states in a finite time. Then, a continuous distributed cooperative finite‐time tracking control law is designed for each mobile robot. Rigorous proof shows that the group of mobile robots converge to the desired geometric formation pattern in finite time. At the same time, all the robots can track the desired formation trajectory in finite time. Simulation example illustrates the effectiveness of our method. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

非完整轮式机器人的鲁棒同步编队跟踪及镇定控制

本文研究了受到建模不确定性影响和输入限制的非完整轮式机器人的同步编队跟踪和编队镇定问题.首先,基于领航–跟随策略,确定了编队构型的数学表达形式.其次,通过定义含有辅助控制量的跟踪误差,设计了一种具有统一结构的分布式运动学控制器,可使跟随者实现对复杂期望轨迹的跟踪,包括时变轨迹和固定点等.然后,针对建模不确定性影响和输入限制,基于反步法、模糊控制方法和Lyapunov控制理论,设计了一种饱和动力学控制器,使得系统的闭环跟踪误差全局收敛至零点附近有界领域内.最后,通过对比仿真实验,验证了本文控制方法的有效性.     

非完整移动机器人的复合编队控制

主要研究了非完整自主机器人之间的队形保持和避障问题,提出了一种新的复合编队控制方法,该方法根据机器人的期望位置在其运动约束区域内外的不同,分别以一种灵活的反馈线性化算法和最优近似目标算法来建立控制规则,并提出了编队环境中存在静态障碍物时的队形控制策略,从而实现多机器人的稳定编队控制．该方法降低了传统线性反馈控制对编队初始误差范围的要求,并且解决了非完整机器人编队的避障问题．实验结果表明了该编队控制方法的可行性和有效性．     

Distributed consensus-based formation control for multiple nonholonomic mobile robots with a specified reference trajectory

In this paper, the distributed formation control problem for multiple nonholonomic mobile robots using consensus-based approach is considered. A transformation is given to convert the formation control problem for multiple nonholonomic mobile robots into a state consensus problem. Distributed control laws are developed for achieving the formation control objectives: a group of nonholonomic mobile robots at least exponentially converge to a desired geometric pattern with its centroid moving along the specified reference trajectory. Rigorous proofs are provided by using graph, matrix , and Lyapunov theories. Simulations are also given to verify the effectiveness of the theoretical results.     

Robust formation tracking control of mobile robots via one-to-one time-varying communication

We solve the formation tracking control problem for mobile robots via linear control, under the assumption that each agent communicates only with one ‘leader’ robot and with one follower, hence forming a spanning-tree topology. We assume that the communication may be interrupted on intervals of time. As in the classical tracking control problem for non-holonomic systems, the swarm is driven by a fictitious robot which moves about freely and which is a leader to one robot only. Our control approach is decentralised and the control laws are linear with time-varying gains; in particular, this accounts for the case when position measurements may be lost over intervals of time. For both velocity-controlled and force-controlled systems, we establish uniform global exponential stability, hence consensus formation tracking, for the error system under a condition of persistency of excitation on the reference angular velocity of the virtual leader and on the control gains.     

Practical consensus tracking control of multiple nonholonomic wheeled mobile robots in polar coordinates

This paper proposes a sliding‐mode control (SMC) method to achieve practical cooperative consensus tracking for a network of multiple nonholonomic wheeled mobile robots (MNWMRs) with input disturbances. A novel SMC surface under the nonholonomic constraints is first formulated to characterize the network communication interactions among the networked robots under the framework of polar coordinates. A unified distributed consensus tracking strategy is then proposed by systematically combining a position controller and a direction controller. Furthermore, a simple yet general criterion is derived to achieve the desired practical consensus of trajectory tracking and posture stabilization for MNWMRs. In particular, for a specific common consensus trajectory, the complete asymptotic tracking in heading direction can be fully guaranteed when the perfect asymptotic position‐tracking errors are realized. Accordingly, the developed consensus tracking strategy for MNWMRs demonstrates some advantages of control performance including stability, robustness, and effectiveness over the existing control method proposed for their single‐robot counterparts. Some comparative simulation results are given to confirm the effectiveness of the proposed cooperative consensus control method.     

非完整移动机器人的连续时变鲁棒K指数镇定

针对带有参数不确定性动态非完整移动机器人的镇定问题,提出一个全局连续的时变鲁棒控制律.首先,使用全局可逆变换将系统的动力学模型转换成一个不确定性线性子系统和一个不确定性非线性子系统;然后,引入一个与初值有关的指数衰减项,将非线性子系统转换成带扰动项的线性系统;最后,设计鲁棒控制律将整个系统镇定到原点.与已有的控制器相比,所提出的控制器能同时获得连续性、渐近性和指数收敛速度,仿真结果也验证了这一点.     

含未校准摄像机参数的非完整移动机器人自适应动态反馈跟踪控制

研究基于视觉伺服的不确定非完整移动机器人的跟踪控制问题.基于视觉反馈和状态输入变换,提出一类非完整运动学系统的不确定模型,并运用两个新的变换,对3种不同情况分别设计自适应动态反馈控制器来跟踪不确定系统的期望轨迹.利用李雅普诺夫方法和推广的Barbalat引理,严格证明了误差系统的收敛性.仿真结果验证了所提方法的有效性.     

带有未知参数和有界干扰的移动机器人轨迹跟踪控

针对模型参数未知和存在有界干扰的非完整移动机器人的轨迹跟踪控制问题,本文提出了一种鲁棒自适应轨迹跟踪控制器方法.非完整移动机器人的控制难点在于它的运动学系统是欠驱动的.针对这一难点,本文利用横截函数的思想,引入新的辅助控制器,使得非完整移动机器人系统不再是一个欠驱动系统,缩减了控制器设计的难度,进而利用非线性自适应算法和参数映射方法构造李雅谱诺夫函数.通过李雅普诺夫方法设计控制器和参数自适应器,从而使得非完整移动机器人的跟随误差任意小,即可以任意小的误差来跟随任意给定的参考轨迹.仿真结果证明了方法的有效性.