多機(jī)器人編隊(duì)自修復(fù)算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、相比于傳統(tǒng)的單移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)而言，多機(jī)器人系統(tǒng)作為冗余系統(tǒng)，具有重配置、變結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，因而可以降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)的效率和魯棒性。多機(jī)器人編隊(duì)是指多個(gè)自主移動(dòng)的機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中保持某種特定形狀的控制技術(shù)。它被廣泛應(yīng)用于軍事偵察、災(zāi)難救援、航空航天和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域中。在軍事應(yīng)用中，多機(jī)器人編隊(duì)可以用于偵察區(qū)域覆蓋、突破防線等任務(wù)；在災(zāi)難救援中，多機(jī)器人編隊(duì)形式能夠擴(kuò)大救援范圍、提高救援效率；在航天航空領(lǐng)域，小型衛(wèi)星編隊(duì)可以減少推進(jìn)過程

2、中的燃料消耗并擴(kuò)大衛(wèi)星集群的感知范圍；在智能交通領(lǐng)域，車輛的編隊(duì)行駛能夠極大的緩解高速公路的交通壓力；在生物領(lǐng)域，編隊(duì)控制能夠幫助研究人員更好的理解生物的社會(huì)行為，如鳥群或魚群的集體遷徙現(xiàn)象。然而，由于多機(jī)器人編隊(duì)經(jīng)常工作在較為危險(xiǎn)或者敵對(duì)的環(huán)境之中，存在較多的不確定性因素，機(jī)器人故障或缺失不可避免。機(jī)器人缺失將會(huì)使編隊(duì)性能下降、工作效率降低，若不采取相對(duì)應(yīng)的處理措施，甚至可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人編隊(duì)任務(wù)失敗。因此，需要設(shè)計(jì)一種能夠在機(jī)器人缺失

3、后自主修復(fù)機(jī)器人編隊(duì)拓?fù)浜拖到y(tǒng)性能的自修復(fù)算法。本文針對(duì)機(jī)器人編隊(duì)中部分機(jī)器人缺失后的自修復(fù)問題，提出一種基于梯度的分布式編隊(duì)自修復(fù)算法，該算法借助機(jī)器人鄰居間局部交互，使機(jī)器人編隊(duì)能夠自主修復(fù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳⑻岣邫C(jī)器人編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)同步性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴考慮各機(jī)器人缺失對(duì)編隊(duì)運(yùn)動(dòng)同步性的影響，提出一種梯度生成和擴(kuò)散機(jī)制，在編隊(duì)中形成穩(wěn)定的梯度分布，并將該梯度生成和擴(kuò)散機(jī)制與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝袚Q的相關(guān)結(jié)論結(jié)合，提出一套能夠改善運(yùn)動(dòng)

4、同步性的網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)切換規(guī)則及其對(duì)應(yīng)的分布式個(gè)體控制實(shí)現(xiàn)，同時(shí)證明上述基于梯度的編隊(duì)自修復(fù)算法不但能夠改善編隊(duì)運(yùn)動(dòng)同步性而且使修復(fù)路徑最短；⑵針對(duì)不同優(yōu)化指標(biāo)下遞歸自修復(fù)算法修復(fù)機(jī)器人序列選擇問題，以梯度值為基礎(chǔ)引出梯度向量的概念，并提出一種基于梯度向量的遞歸自修復(fù)算法框架，通過改變梯度向量的內(nèi)容，選擇不同的修復(fù)機(jī)器人序列，適應(yīng)不同的優(yōu)化指標(biāo)；⑶通過不同機(jī)器人個(gè)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ拖碌姆抡?，?yàn)證本文算法的有效性和最優(yōu)性，同時(shí)通過在多機(jī)器人實(shí)驗(yàn)