Efficient collision-free path-planning of multiple mobile robots system using efficient artificial bee colony algorithm

This paper aims to propose a novel design approach for on-line path planning of the multiple mobile robots system with free collision. Based on the artificial bee colony (ABC) algorithm, we propose an efficient artificial bee colony (EABC) algorithm for solving the on-line path planning of multiple mobile robots by choosing the proper objective function for target, obstacles, and robots collision avoidance. The proposed EABC algorithm enhances the performance by using elite individuals for preserving good evolution, the solution sharing provides a proper direction for searching, the instant update strategy provides the newest information of solution. By the proposed approach, the next positions of each robot are designed. Thus, the mobiles robots can travel to the designed targets without collision. Finally, simulation results of illustration examples are introduced to show the effectiveness and performance of the proposed approach.     

多个水下机器人动态任务分配和路径规划的信度自组织算法

针对多个水下机器人(autonomous underwater vehicles,AUVs)动态任务分配和路径规划速度跳变问题,引入栅格信度函数概念,给出一种改进的栅格信度自组织(belief function self-organizing map,BFSOM)算法.目的是控制一组AUV有效地到达所有指定的目标位置,同时保证AUV能够自动的避开障碍物.首先,自组织神经网络(self-organizing map,SOM)算法对多AUV系统进行任务分配,使得每个目标位置都有一个AUV去访问.整个分配过程包括定义SOM神经网络的初始权值、获胜者选择、邻域函数的计算3个步骤;其次,根据栅格信度函数和环境信息更新SOM获胜神经元的权值,使得每个AUV在访问对应目标的过程中能够自动避障并且克服速度跳变,实现AUV自动有效路径规划.最后,通过仿真实验证明了本文提及算法的有效性.     

基于速度修正项的机械臂避障路径规划

针对机械臂运行过程中存在的碰撞问题, 提出一种基于速度修正项的机械臂避障路径规划方法. 利用B 样条曲线进行机械臂关节空间规划, 使机械臂能够在特定时刻运行到指定构型. 在运行过程中, 利用碰撞检测算法实时计算机械臂与障碍物的最小距离, 在碰撞即将发生时引入积分为零的避障速度修正项改变机械臂运行轨迹, 使得机械臂能够在实现障碍回避的同时, 保证其在特定时刻通过指定构型的要求. 仿真实验表明了所提出方法的正确性和有效性.     

带碰撞避免机制的多址接入协议能量效率研究

研究了在自组织网络环境下CSMA/CA协议的能量消耗性能,并与传统的CSMA协议能耗性能进行比较.阐述了自组织网络中的隐藏终端和暴露终端问题,并分析CSMA/CA协议相对传统CSMA协议对该问题进行的改进.仿真结果表明,相对非坚持CSMA协议,CSMA/CA协议能够获得的能量效率更高,并且对网络负载的敏感性更低,在网络负载较高时也具有较高的能量效率.     

基于Matlab的机器人避障仿真软件设计

为了提高机器人避障算法开发效率,设计了一种基于Matlab的机器人避障算法设计与试验仿真软件。该软件分为用户图形界面、避障算法系统模型两大部分。其中用户图形界面是基于Matlab 图形用户界面( GUI)实现的,能够实现参数设置、结果展示等功能,给用户提供了一个操作及管理平台;避障算法系统模型是本软件实现的关键,包括探测传感器模拟和机器人运动模拟,其通过Matlab语言编程和Simulink模块组建实现。全面阐述了仿真软件的系统建模、软件编程和用户图形界面设计,并对仿真软件实现所采用的关键技术进行了详细说明。仿真实例表明,该软件运行平稳,能清晰直观地展现机器人的避障过程。     

单足机器人垂直跳跃动态特性研究

单足机器人一个跳跃周期经历触地相和腾空相两种约束状态,针对机器人触地相落地碰撞、缓冲、起跳,腾空相起跳冲击和伺服定位各过程,综合应用动力学、热力学、流体力学、碰撞和控制理论等建立了机器人一个跳跃周期的综合数学模型.在Matlab上建立了机器人一个跳跃周期的联合仿真模型,对影响单足机器人落地碰撞、起跳冲击和跳跃高度的主要因素进行了仿真研究,得出了实现机器人增高跳跃、减高跳跃和等高跳跃时各影响因素的取值范围和较佳值,包括机器人落地时刻气缸下腔气压预设值和活塞相对坐标预设值,起跳过程气缸充排气转换相对坐标等因素影响跳跃高度、落地碰撞和起跳冲击的规律性认识.搭建了单足机器人垂直跳跃实验台,针对各主要影响因素对机器人跳跃过程的影响规律进行了实验研究,实验结果与仿真数据吻合良好.     

导弹飞行视景仿真中的碰撞检测算法

针对导弹飞行视景仿真中碰撞检测实时性与精确性的不足,提出了一种优化的混合包围盒碰撞检测算法.该算法在包围盒树的上层使用Sphere,下层使用OBB;将该算法在导弹飞行视景仿真系统中实现后,分别与相交矢量碰撞检测算法、OBB包围盒算法进行对比试验和分析.结果表明,这种混合包围盒算法能够有效地提高导弹飞行视景仿真中碰撞检测的实时性与精确性.     

基于空间代价地图的机械臂无碰撞运动规划

针对家庭服务机器人机械臂高安全性和低算法复杂度的两大需求,提出一种基于空间代价地图的机械臂运动规划新方法。利用空间代价地图来描述机械臂与约束条件发生冲突的可能性,以概率分析代替简单的布尔判断,提供了更合理的最优规划依据,从而实现更安全可靠的规划。同时将一个六自由度的规划问题降维为一个三自由度规划和一个四自由度规划的问题,在此基础上利用无需实时计算的先验碰撞数据代替实时的碰撞检测。利用该方法在ROS的rviz仿真平台上进行验证,结果表明该方法有效地提高了机械臂规划的安全性并降低了计算复杂度,有一定的实用价值。     

Safe Autonomous Agent Formation Operations Via Obstacle Collision Avoidance

In this paper, we consider the problem of flocking and shape‐orientation control of multi‐agent systems with inter‐agent and obstacle collision avoidance. We first consider the problem of forcing a set of autonomous agents to form a desired formation shape and orientation while avoiding inter‐agent collision and collision with convex obstacles, and following a trajectory known to only one of the agents, namely the leader of the formation. Then we build upon the solution given to this problem and solve the problem of guaranteeing obstacle collision avoidance by changing the size and the orientation of the formation. Changing the size and the orientation of the formation is helpful when the agents want to go through a narrow passage while the existing size or orientation of the formation does not allow this. We also propose collision avoidance algorithms that temporarily change the shape of the formation to avoid collision with stationary or moving nonconvex obstacles. Simulation results are presented to show the performance of the proposed control laws.