移動機器人網(wǎng)絡(luò)的分布式運動協(xié)調(diào).pdf

1、本文焦點是研究移動機器人網(wǎng)絡(luò)(Mobile Robotic Network，MRN)的分布式控制方法以實現(xiàn)其運動協(xié)調(diào)。MRN是多個自主移動機器人構(gòu)成的群體，各單體利用相互間的通信、感知而互聯(lián)成網(wǎng)。MRN在環(huán)境監(jiān)測、邊界安保、搜索救援等方面均有潛在的應(yīng)用前景，運動協(xié)調(diào)是其中的關(guān)鍵問題。分布式控制實現(xiàn)運動協(xié)調(diào)的基本思想是：每個單體機器人利用局部同伴的狀態(tài)操縱自身狀態(tài)的變化，進而產(chǎn)生協(xié)調(diào)的群體行為。
　　 首先，給出了一個移動機器人網(wǎng)

2、絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，包括三部分：指示各單體的索引集、帶有速度約束的單體動力學(xué)方程和信息流結(jié)構(gòu)。信息流結(jié)構(gòu)包括通信網(wǎng)絡(luò)和互感網(wǎng)絡(luò)模型，分別用加權(quán)有向圖和Proximity圖描述。在移動機器人網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種分布式的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，并利用MATLAB/SIMULINK實現(xiàn)了一個用于驗證協(xié)調(diào)控制算法有效性的仿真平臺。
　　 然后，分別研究了兩種基礎(chǔ)的群體運動行為：平行運動和匯聚運動。
　　 平行運動控制策略的設(shè)計基于一

3、致性算法。本文提出一個分布在加權(quán)有向圖上的比例型一致性算法，分析了通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c系統(tǒng)平衡態(tài)間的關(guān)系。在具有速度約束條件下，利用此線性算法設(shè)計了一種停.走式的分布式控制策略。提出一類非線性一致性算法，并證明了當(dāng)加權(quán)有向圖的鄰接矩陣對稱時，其可令多個一階積分器達成平均一致。進而設(shè)計了一種滿足速度約束、且可令系統(tǒng)快速達到平衡態(tài)的平行運動控制策略。
　　 匯聚運動的控制是基于被定義在信息流結(jié)構(gòu)上的相鄰單體間互作用力。給出了一種互作用力的

4、直接定義，并將其分布在Proximity圖上。當(dāng)具有非完整約束的單體僅能前進且速度受限時，由單體所受合力在局部坐標(biāo)系中的向量引導(dǎo)其運動，使得全體匯聚。進而，研究了基于互勢函數(shù)的互作用力間接構(gòu)造法，并將其用于晶格狀匯聚運動的形成。提出一種圖生成算法，用于得到一個晶格圖以作為通信網(wǎng)絡(luò)；并在晶格圖的邊上定義Morse互勢函數(shù)。根據(jù)合勢函數(shù)負(fù)梯度提出一種分布式切換控制策略，令晶格圖上任意兩鄰居間距離為預(yù)期長度值。
　　 每一種控制算法的