多机器人编队控制
编队控制方法
编队控制方法
编队控制方法是指在多个机器人或飞行器之间实现协同运动和
任务完成的技术。
这种方法包括了对机器人的位置、速度和加速度进行集中控制，以实现编队内各个机器人之间的协调和合作。
编队控制方法主要分为分布式控制和集中式控制两种类型。
分布式控制是指通过机器人之间的本地通信和信息交换，共同完成任务。
集中式控制是指通过中央控制器对所有机器人进行集中控制。
在编队控制方法中，关键的技术包括位置估计、运动控制和通信协议。
位置估计是指通过各种传感器测量机器人的位置和姿态信息。
运动控制是指通过算法和控制器对机器人的运动进行精准控制。
通信协议是指机器人之间进行信息交换和决策的通讯协议。
编队控制方法在无人机、机器人和自动驾驶车辆等领域得到广泛应用。
通过编队控制，多个机器人可以协同完成复杂任务，提高工作效率和安全性。
- 1 -。
《多智能体系统的几类编队控制问题研究》
《多智能体系统的几类编队控制问题研究》一、引言多智能体系统由多个可以互相通信与合作的智能体组成，其应用领域广泛，包括无人驾驶车辆、无人机群、机器人集群等。
编队控制是多智能体系统研究的重要方向之一，它通过协调各智能体的运动，实现整体协同的编队行为。
本文将针对多智能体系统的几类编队控制问题进行研究，旨在为相关领域的研究与应用提供理论支持。
二、多智能体系统编队控制基本理论编队控制是多智能体系统协同控制的核心问题之一，它要求各智能体在动态环境中协同完成任务，形成特定的几何形状或空间布局。
编队控制的基本理论包括编队结构、通信机制、协同策略等。
编队结构是编队控制的基础，它决定了智能体的空间布局和运动轨迹。
常见的编队结构包括线性编队、环形编队、星形编队等。
通信机制是实现智能体之间信息交互的关键，它包括无线通信、视距通信等多种方式。
协同策略则是根据任务需求和系统状态，制定合适的控制策略，实现编队的稳定性和灵活性。
三、几类多智能体系统编队控制问题研究1. 固定环境下多智能体编队控制问题在固定环境下，多智能体需要形成稳定的编队结构，并按照预定的路径进行运动。
针对这一问题，可以采用基于规则的编队控制方法、基于优化的编队控制方法等。
其中，基于规则的编队控制方法通过设计合适的规则，使智能体根据自身状态和邻居状态进行决策；基于优化的编队控制方法则通过优化算法，求解最优的编队结构和控制策略。
2. 动态环境下多智能体编队跟踪问题在动态环境下，多智能体需要实时调整编队结构，以适应环境变化。
针对这一问题，可以采用基于领航者的编队跟踪方法、基于分布式控制的编队跟踪方法等。
其中，基于领航者的编队跟踪方法通过领航者引导智能体进行运动；而基于分布式控制的编队跟踪方法则通过分布式控制器实现各智能体的协同运动。
3. 异构多智能体编队控制问题异构多智能体系统中，各智能体的性能、能力等存在差异。
针对这一问题，需要研究异构智能体的协同策略、任务分配等问题。
机器人组合编队控制与路径规划研究
机器人组合编队控制与路径规划研究机器人技术的发展带来了人工智能领域的重大突破，机器人组合编队控制与路径规划成为了研究的重要方向之一。
通过研究机器人组合编队控制与路径规划，可以实现多个机器人之间的协同工作，提高工作效率和任务执行能力。
本文将从技术背景、研究方法、应用领域等方面对机器人组合编队控制与路径规划进行深入研究和分析。
一、技术背景机器人组合编队控制与路径规划是在多机器人系统中实现协同作业的一种技术。
在这种系统中，多个机器人之间需要相互协调，以完成复杂的任务，例如搜索、探测、救援等。
因此，研究机器人组合编队控制与路径规划成为了人工智能领域的热点之一。
机器人组合编队控制与路径规划主要涉及到以下几个方面的技术：传感器技术、路径规划算法、协同控制算法等。
通过传感器技术，机器人可以感知周围环境的信息，例如距离、方向、速度等。
路径规划算法是为机器人设定合适的路径，使其能够按照特定的顺序进行移动。
协同控制算法是为了实现多个机器人之间的协同工作，确保它们可以按照预定的方式进行组合编队控制。
二、研究方法在机器人组合编队控制与路径规划的研究中，主要采用如下几种方法：1. 集中式方法：在集中式方法中，一个中央控制器负责对多个机器人进行统一的控制和规划。
通过收集多个机器人的状态信息，中央控制器可以实时调整机器人的路径和行为，以实现组合编队控制。
2. 分布式方法：在分布式方法中，每个机器人都具有一定的自主性，能够根据自身的感知信息和任务要求进行自主决策。
通过相互通信和协作，多个机器人可以实现分布式的组合编队控制与路径规划。
3. 混合式方法：混合式方法是集中式方法和分布式方法的结合，通过将部分控制权交给中央控制器，并给予机器人一定的自主决策能力，实现对机器人组合编队控制与路径规划的综合管理和控制。
三、应用领域机器人组合编队控制与路径规划在很多领域都有广泛应用的前景，以下是其中几个典型的应用领域：1. 智能制造：在智能制造中，多个机器人可以协同工作，实现生产线的自动化操作。
未知环境中基于观察者的多机器人编队控制方法
形 ， 对 动态 环境 的适 应 能力 不强 ， 器人 之 间 的 但 机
避 碰 等 问 题 没 有 得 到 很 好 的 解 决 ， 基 于 行 为 编 而 队法 对 环 境 的 适 应 能 力 较 强 ， 在 队 形 稳 定 性 上 但 存 在 一 定 的 缺 陷 。 此 ， 文 结 合 领 导 一 随 法 为 本 跟
通过 ； 右 两边都 可通过 ， 左 使领 导者 保持观 察者 的
位置 ； 当前 队形 宽度不 可通过 ， 领导者保 持观 ③ 使
察 者 的位置 ， 当领导 者到 达该位 置时 ， 通知 跟随 会
者改变 队形 ， 小 队形宽 度 。 缩
编 队结构 的关键 点在 于如何 对观察 者 的路 径 进行 优化 ， 得到 领导者 轨迹 的关键 点 ， 领导者 的 使
跟踪领 导 者 的位 置 和 导 向角 。 目前 有 之 间 的距 离 ； 代表 两 者之 间 的 角度 。
和 “ 法 的关
两 种 队形 控制 法 ＿ ， 中 ， 代 表 领导 者 和跟 随者 ３其 ］ ｚ
键 思 想 是 ， 制 跟 随 者 和 领 导 者 之 间 实 际 距 离 和 控
第３ ４卷 第 ３期 ２１ ０ １年 ６月
武
ห้องสมุดไป่ตู้
汉
科
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大
学
学
报
Ｖｏ ． ４。 １ ３ Ｎｏ． ３
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｙ
响 的 问 题 。 由 图 １可 看 出 ， 察 者 的 运 动 轨 迹 在 观 Ａ 区会 出 现 较 大 的 突 变 ， 果 单 纯 使 用 如 法， 则 无 法 保 持 队 形 的稳 定 。 由观 察 者 运 动 轨 迹 和 优 化 后领 导者 轨迹 可看 出， 导者 的轨 迹更 加合理 ， 领 且
多智能体系统编队控制相关问题研究综述
多智能体系统编队控制相关问题研究综述多智能体系统编队控制是指在一定的约束条件下，对多个智能体进行集群编队控制，使得它们能够保持一定的距离和相对位置，以达到一定的控制目标。
随着无人机技术的发展和应用领域的扩大，多智能体系统编队控制已经成为热门研究方向。
本文将对多智能体系统编队控制相关的问题进行综述。
首先我们来看多智能体系统编队控制的重要性和应用价值。
多智能体系统编队控制是在不同的应用场景中实现多个无人机的编队飞行、自动巡航、协同作业、定位跟踪等重要任务的关键技术。
例如，在军事领域，多智能体系统编队控制可以用于完成战区空域监视、情报侦察、敌情侦查与打击等任务；在民用领域，多智能体系统编队控制可以用于完成环境监测、天气预报、交通监测、快递物流等领域的任务。
多智能体系统编队控制的实现涉及多个技术问题。
下面我们将具体介绍。
首先是多智能体系统编队的控制算法。
编队控制算法是实现多智能体编队控制的重要组成部分。
常见的编队控制算法有分布式控制、集中式控制、混合控制等。
分布式控制将集群中的每个智能体看作一个个体，通过局部信息协作控制智能体的运动；集中式控制则将集群看作一个整体，通过中央控制器来实现对集群的控制；混合控制则结合了前两种控制的优点，既考虑了智能体的局部控制，又引入了全局控制策略。
其次是多智能体系统编队的通信机制。
多智能体系统编队控制需要智能体之间进行信息交换，以便完成编队控制任务。
常见的智能体通信机制有无线通信、红外通信和蓝牙通信等。
其中，无线通信是应用最为广泛的通信方式。
无线通信一般分为单向通信和双向通信两种，单向通信指只有一个智能体向其他智能体发送信息，而其他智能体不会回复信息；双向通信则指智能体之间可以互相发送和回复信息。
再次是多智能体系统编队的传感器技术。
多智能体系统编队控制需要智能体获取周围环境的信息，以帮助实现编队控制任务。
常见的传感器技术有激光雷达、视觉传感器、红外传感器等。
其中，激光雷达是一种常用的传感器技术，通常用于对目标的距离和方位进行精确测量。
实时位置反馈的多机器人主从式编队控制
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆ ｒ ｏ ｔｏ ＆ Ｃ ｍｍａ ｄ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｉ Ｃ ｎｒｌ ｅ ｏ ｎ ｏ ｔｏ
第３ ７卷
第２ 期
２１ ０ ２年 ２月
文 章 编 号 ：０２０ ４ （０ ２ ０—０ ２０ １ ０—６ ０ ２ １ ）２０ １—４
一
引 言
近年 来 ， 随着计 算 机技术 和无线 通 信技术 的发
展 ， 机器人协 调合作 已经成 为可能 ， 多 而且 得 到了越 来 越 多的应用 。多个机器 人协调 合作可 以完成单 一 机器 人难 以完成 的任 务 。其 中编 队问题 是 多机 器人 协调 合作 中的一个典 型性 的问题 。 所谓 的编 队控 制是指 多个 机器人 在到达 目的地
（） ８
通过 以上讨论 可 以得到基 于系统 状态 变量 描述 的跟 随者 的状 态方 程 ： ｆ —ｕ ｉ （ －Ｏ 一ｖｓｎ ｔ ｎ ｆ ） ｌｉｆ ｓ ｌ ｌ
［ ， ］ 。其 中 Ｉ代 表 主 从 两 机 器 人 之 间 的 距 离 １ ， Ｄ Ｄ （ ∈Ｒ ， 为 智 能 体 机 器 人 １ ） Ｄ 中 心 的 连 线 与 水 平 线 的 夹 角 （ ∈（ 。１ ０） ， 为智 能 体机 ０ ，８ 。 ）
Ｐ （ 一 Ｐ， 一 ） （ ） ０ ＝ 三 ， 一 （ｏ １）
如 图 ２以及 式 （ ） 式 （ ） ７ ， ９ 所示 ：
Ｐ ａ
０ ｄ
跟 随者 运 动轨 迹
＜ Ｊｓ ～２ ｓ 【 ＤＳ） ＇ｆ ｓｃ ＃ ∞ｉＯ口ｎｏ 孳 Ｃ ｎ －￣ｏ 一 ，Ｊ ｉ ９ ｊ ｙ ｆ ￣ ‘ ＝Ｖ Ｏ －
器 人 运 动角 度 的偏 差 （ （ ∈ 一
多机器人编队控制算法的研究与实现讲解
Classified Index: TP242.6 U.D.C.: 621.3
Dissertation for the Master’s Degree in Engineering
RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF MULTI-ROBOT FORMATION CONTROL
国内图书分类号 : TP242.6 国际图书分类号 : 621.3
校代码： 10213 密级：公开
工学硕士学位论文
多机器人编队控制算法的研究与实现
硕 士 研 究 生： 黄晨 导 师： 宁永臣 申 请 学 位： 工学硕士 学 科 、 专 业： 控制科学与工程 所 在 单 位： 控制科学与工程系 答 辩 日 期：2011 年 6 月 24 日 授 予 学 位 单 位： 哈尔滨工业大学
Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着计算机技术和无线通信技术的飞速发展，多个机器人组成的群体系 统通过协调、合作来完成原本由单个机器人无法或难以完成的工作已经成为 可能。群体移动机器人系统具有丰富广泛的环境感知能力，并行执行的高工 作效率，优秀稳定的鲁棒性和卓越出众的容错能力等众多单机器人难以拥有 的优势，而多机器人编队问题是目前对多机器人协调合作问题进行研究的重 要基础，是国内外进行多机器人研究的热门课题。 本课题的研究思路是在对于多机器人编队控制算法进行了深入的研究、 讨论和理论验证之后，根据多机器人编队算法验证的需要设计、搭建并扩展 了智能移动机器人平台，然后将对于多机器人编队控制算法的研究在所搭建 的平台上进行了实现和验证，完成了多机器人协同编队运动的算法效果，成 功地将对于多机器人编队控制算法的讨论与验证从理论层面上升到了实际层 面。 本文首先在综合前人研究的基础上，提出了基于领航跟随的融合编队算 法和基于群集一致性的编队算法两种多机器人编队控制算法，通过 MATLAB 理论仿真成功的验证了这两种编队控制算法的有效性，并针对仿 真中出现的问题提出了分析和修正。 然后以“创意之星”模块化机器人套件和 ICETEK-OMAP3530-Mini 开 发板为基础，成功搭建了智能移动机器人平台，并在平台上扩展了单目识 别、双目测距、交互通信、运动控制、距离监控等一系列功能。 随后完成了移动机器人运动构型设计和运动模型的构建，设计并实现了 基于 MATLAB 的在线仿真调试工具，顺利完成了单体机器人的跟踪及避障 功能的实现工作，最后将对于多机器人编队控制算法的研究成功移植到了智 能移动机器人平台上，实现了多机器人编队效果，验证了编队控制算法的有 效性。 关键词 智能移动机器人；群体机器人；编队算法
基于群集的多机器人编队控制
Ｖ０ １ ．３ ８． Ｎｏ ． １
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆ ｉ ｒ ｅ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ＆Ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
第３ ８卷
第 １ 期
Ｊ ａ ｎ， ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 １ 月
文章编号 ： １ ０ ０ ２ — ０ ６ ４ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ １ ８ － ０ ４
ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ， ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｋ ｎ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｗ．Ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｗ ｃ ａ ｎ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｒ ｅ ｄ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ａ ｎ ｄ
引 言
群 集是一 种 普遍存 在 的 自然现 象 ， 基 于群 集 运 动 的分 散 式 控 制 方 法 被 广 泛 用 于 研 究 智 能 系 统 。 Ｒ ｅ ｙ ｎ ｏ ｌ ｄ ｓ 于 １ ９ ８ ７年 首先 给 出 了群 集 运 动 的形 式 化 定 ］ ： ① 分离 性 （ Ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 各成 员之 间避免 碰撞 ；
基于多智能体系统的无人机编队控制
基于多智能体系统的无人机编队控制随着技术的不断进步和应用场景的不断扩大，无人机在现代社会中发挥着越来越重要的作用。
在一些需要高度自动化的领域，比如农业、地质勘探、物流等，无人机已经成为不可或缺的一种技术手段。
而无人机编队控制作为无人机技术中的一个重要方向，可以更好地解决大规模无人机协同作战、大规模无人机勘测等问题，得到了越来越多人的关注和研究。
基于多智能体系统的无人机编队控制就是其中的一个研究方向。
该技术通过多智能体系统的协同工作，完成对无人机编队的控制。
这种技术的优势在于能够将多个单独的无人机组成一个完整的编队系统，实现对该编队系统的高度控制和管理。
多智能体系统是指由若干个智能体组成的一个系统，智能体之间具有一定的互动关系和协作能力。
在无人机编队控制中，每个无人机都可以看作是一个智能体，而这些无人机之间会形成一定的关系，比如领航无人机和跟随无人机之间的关系。
通过对无人机智能体之间的关系进行调整和协调，以及加入一些控制算法，就可以实现无人机编队系统的控制。
由于无人机编队控制涉及到多智能体系统的互动关系和算法的设计，在研究和开发无人机编队时需要解决一些关键问题。
如何确定编队形状、如何保证编队内部的状态一致性、如何保证编队中不同无人机之间的跟随关系稳定等。
这些问题的解决需要从智能体系统的角度出发，设计合适的控制算法和协作机制。
在无人机编队控制中，重要的一个环节就是无人机的通信和数据传输。
无人机编队系统中的不同无人机之间需要进行数据传输和共享，同时还需要保证通信的稳定性和实时性。
这些问题也需要通过优化无人机之间的通信机制来解决。
例如，可以采用基于无线网络的通信技术，通过无线通信，实现不同无人机之间的数据传输和状态信息共享。
这种通信技术能够实现高速率的数据传输和实时的状态反馈，从而保证无人机编队系统的控制效果和控制精度。
值得注意的是，基于多智能体系统的无人机编队控制仍然存在一些挑战和问题。
比如，如何实现自适应控制，以应对不同的环境和场景变化等。
《多智能体系统的几类编队控制问题研究》范文
《多智能体系统的几类编队控制问题研究》篇一一、引言在复杂的现实世界应用中，多智能体系统的编队控制技术得到了广泛关注与研究。
随着现代控制理论的进步与计算技术的革新，多智能体系统的编队控制问题已成为机器人技术、无人系统、自动化系统等领域的热点研究课题。
本篇论文旨在研究多智能体系统的几类编队控制问题，并从多个角度对问题进行探讨和分析。
二、多智能体系统编队控制的基本概念多智能体系统（Multi-Agent System，MAS）由多个具有独立自主决策能力的智能体组成，这些智能体通过相互协作以完成复杂的任务。
编队控制是多智能体系统中的一项关键技术，它通过协调各智能体的运动，使它们在空间上形成特定的几何形状或结构，以实现协同完成任务的目的。
三、几类编队控制问题研究（一）基于行为的编队控制基于行为的编队控制方法是一种常用的方法，它通过设计每个智能体的行为规则来实现编队。
这种方法具有较好的灵活性和适应性，能够处理动态环境中的编队问题。
然而，当智能体数量较多时，该方法可能面临计算复杂度高的问题。
针对这一问题，本文提出了一种基于局部信息的行为选择策略，以降低计算复杂度。
（二）基于领航者的编队控制在基于领航者的编队控制中，系统中的一部分智能体作为领航者，其他智能体则跟随领航者的运动轨迹进行编队。
这种方法在处理静态环境中的编队问题时具有较好的效果。
然而，当环境发生变化时，领航者的选择和路径规划成为关键问题。
本文提出了一种动态领航者选择机制和路径规划算法，以提高系统的适应性和鲁棒性。
（三）基于优化的编队控制基于优化的编队控制方法通过优化目标函数来实现编队。
该方法在处理具有特定要求的编队问题时具有较高的效率。
然而，目标函数的设置和优化算法的选择对编队效果具有重要影响。
本文针对这一问题，提出了一种自适应的目标函数和优化算法，以提高编队的精度和稳定性。
四、实验与分析为了验证上述编队控制方法的有效性，本文进行了多组实验。
实验结果表明，基于行为的编队控制方法在处理动态环境中的编队问题时具有较好的灵活性和适应性；基于领航者的编队控制方法在处理静态环境中的编队问题时具有较高的效率；而基于优化的编队控制方法在处理具有特定要求的编队问题时具有较高的精度和稳定性。
多机器人编队控制研究
所谓多机器人 编 队 ，是一 组相 互协 作 的机器 人组 建和保持特 定 的队形 形 状 ，向 目标 前 进 ，完 成 指 定 任 务 。 编 队行 为 在 自然 生 物 群 中 随 处 可 见 ，如 群 飞 的 大 雁 、游弋的鱼 群 、捕食 的狼 群 等。与单 机器 人相 比 ，编 队的多机器人系统 具有 无法 比拟 的优 势 ，如多个 机 器 人之 间通 过“协调”与“合作 ”，可 以提 高系统 完成复 杂 任务 的能力与效率 ，同时能够增强系统可靠性 。
我国多机器人 系统研 究起步较 晚 ，无人 机 、无人 战
收 稿 日期 ：２０１３－０４－２７
修 回 日期 ：２０１３－０６－ ０５
作 者简 介 ：王 光 华 （１９８６一），男 ，辽 宁 辽 阳人 ，硕 士 研 究 队 。
车与无人水 下探测器 等新 式武 器装 备虽 已逐 渐普 及 ， 但难 以满足编队或集群化 协 同作战应用 需求 。东北 大 学 、中国科学 院、上海交通大学 和哈尔滨工业 大学机 器 人研 究所 等 虽 先后 开发 出各种 形 式 的群 体机 器 人 系 统 ，但 总体上 距离 实用 性 尚有差 距 。多 机器人 编 队研 究涉及非完 整机器人 、多机器人协 作控制 、自适应非 线 性 控制 、机 器学 习 、分布 式计算 等诸 多理论 问题 ，不 仅具 有重要 的研究 价值 ，而且 有助 于提 升我军 信息 化 装备 与指挥控 制 的智 能水 平 ，更 好应 对未 来信 息化 战 争 中 大 规模 无 人 作 战平 台 的指 挥 控 制 需 求 。
第 ３５卷 第 ６期 ２０１３年 １２月
指 挥控制 与仿真
Ｃｏｍｍａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏ１＆ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ｖ０１．３５ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１３
考虑障碍环境下的多机器人编队控制研究
计 算 机 技 术 与 发 展
Ｃ ＯＭＰＵＴ ＥＲ Ｉ ＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬ ＯＰ ＭＥＮＴ
Ｖ ｏ １ ． ２ ３ Ｎｏ ． １ １ ＮＯ Ｖ ． ２ ０１ ３
考虑 障碍 环 境 下 的 多机器 人 编 队控 制研 究
ｈｉ ｔ ｓ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ｐ ｅｓ ｒ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｏ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｏ ｂ ｓ ｔ ａ ｃ ｌ ｅ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｍｕ ｌ ｉ ｔ ｐ ｌ ｅ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｌ ｅ ａ ｄ ｅ ｒ －ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ， ｍｕ ｌ ｉ ｔ
何 锦 璇
（ 南京 邮 电大 学 ， 江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ３ ）
摘 要： 编队 和避障 控制 是机 器人路 径规 划设 计 中 的典 型 问题 ， 文 中提 出 了将 ｌ ｅ ａ ｄ ｅ ｒ － ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ 法 和人 工 势 场 法相 结 合 的
方法 ， 来更 好地 完成 多机 器人 在未知 环境 下 的编 队和避 障控 制 。之前 的研 究 只将 ｌ ｅ ａ ｄ ｅ ｒ — ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ 算法 用 于 多机 器人 的编 队控 制 ， 而文 中提 出此方 法也 可 以用 于多机 器人 系 统 的避 障 控 制 。基 于 ｌ ｅ ａ ｄ ｅ ｒ 一 ￣ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ 法， 多机 器 人能 自动 编 队并 保 持 队形 ； 而 结合 人工 势场法 ， 多 机器 人可 以保持 队形 行进 ， 在遇 到 障碍物 的情 况下 变 换 队形 避 障 ， 在 避 障后 恢 复原 队形 ， 最 终 到 达 目标 。通 过 仿真 实验证 明 ， 该 算法 实现 了多 机器 人 在 未 知 环境 下 的 自动 编 队 和避 障 ， 从 而证 明 了 ｌ ｅ ａ ｄ ｅ ｒ — ｆ ｏ Ｈ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ 算 法 可 以用 于机器 人 的避障控 制 。 关键 词 ： 编队； 避障； ｌ ｅ ａ ｄ ｅ ｒ — ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ ； 人 工势场 中 图分类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ０ １ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ３ — ６ ２ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） １ １ — ０ ０ ３ ０ — ０ ４
《多智能体系统的几类编队控制问题研究》范文
《多智能体系统的几类编队控制问题研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，多智能体系统（Multi-Agent System, MAS）的编队控制问题已经成为众多领域研究的热点。
编队控制不仅在无人驾驶车辆、无人机群、机器人集群等实际应用中具有广泛的应用，而且在理论层面上也具有深远的研究价值。
本文将针对多智能体系统的几类编队控制问题进行深入研究，探讨其理论、方法及实际应用。
二、多智能体系统编队控制概述多智能体系统编队控制是指通过一定的控制策略，使多个智能体（如无人机、无人车等）在动态环境中协同工作，形成特定的队形，并保持队形稳定的一种技术。
编队控制涉及到智能体的通信、决策、执行等多个方面，是现代控制理论的重要组成部分。
三、几类编队控制问题研究1. 基于行为的编队控制基于行为的编队控制是一种常见的方法，其核心思想是通过设计每个智能体的行为规则来实现整体的编队。
这种方法的优点在于能够处理复杂的环境和任务，但需要精确地设计每个智能体的行为规则。
对于该类问题，本文将探讨如何设计有效的行为规则，以及如何通过学习来优化这些规则。
2. 基于领航者的编队控制基于领航者的编队控制是指通过指定一个或多个领航者来引导整个队伍的行动。
这种方法简单有效，但需要解决领航者与队伍之间的通信和协调问题。
本文将研究如何设计有效的领航者，以及如何通过优化算法来提高队伍的编队效果。
3. 分布式编队控制分布式编队控制是指每个智能体都根据自身的信息和周围智能体的信息进行决策，从而实现整个队伍的协同编队。
这种方法具有较好的鲁棒性和适应性，但需要解决智能体之间的通信和决策协调问题。
本文将探讨如何设计分布式编队控制的算法，以及如何通过优化算法来提高队伍的协同性能。
四、实验与分析本文将通过仿真实验和实际实验来验证所提方法的可行性和有效性。
首先，我们将使用仿真软件来模拟多智能体系统的编队控制过程，观察并分析编队效果。
其次，我们将进行实际实验，通过实际的硬件设备来实现多智能体的协同编队。
三维环境下基于反步法的多机器人编队控制
三维环境下基于反步法的多机器人编队控制冯磊;肖伸平【摘要】针对两轮式移动机器人在复杂环境下的编队控制问题,提出一种基于虚构领航法和反步法,并结合人工势场法策略的多机器人避障编队算法.首先,详细分析多机器人系统在三维空间下的编队模型,并利用空间投影方法将其映射到二维平面进行分析.其次,将运动学模型转化为链式形式,并通过正则坐标变换,将误差系统形式转换成串联非线性系统.然后运用Backstepping方法构造轮式机器人追踪系统的Lyapunov函数,设计出针对轮式机器人的轨迹跟踪控制器.再结合人工势场法避障策略,完成多机器人复杂环境下的编队任务.最后,通过多机器人轨迹跟踪的两组仿真实验,验证了所提出方法的有效性.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2017(031)001【总页数】6页(P69-74)【关键词】三维空间;人工势场法;反步法;李雅普诺夫函数;编队控制【作者】冯磊;肖伸平【作者单位】湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007【正文语种】中文【中图分类】TP273近年来，随着机器人技术的发展，多机器人的稳定控制和轨迹跟踪问题越来越受到国内外学者的关注[1]。
相对于稳定问题，轨迹跟踪是一个更实际的控制问题。
而编队往往将面对复杂的环境，因此，在障碍物环境下，迫切需要寻找一条从起始位置到达目标位置的避障路径。
而路径规划中的人工势场法以其数学计算简单明了而被广泛应用。
目前，国内外学者进行编队研究的机器人主要有地面自主移动机器人、水下自主式机器人、卫星和无人飞行器等[2-3]；多机器人的控制算法主要包括虚拟结构法、领航跟随法、图论法和基于行为的方法[4-6]。
在当前的研究中，文献[7]综合路径跟踪法和虚拟结构法，实现了多机器人系统的动态编队控制。
其缺点是其虚拟结构运动的队形要求限制了该方法的应用范围，难以实现灵活的队形控制。
多机器人系统编队及实验研究共3篇
多机器人系统编队及实验研究共3篇多机器人系统编队及实验研究1多机器人系统编队及实验研究随着机器人技术的不断发展，多机器人系统越来越得到关注。
在一些工业、农业、军事和救援等领域，多机器人系统已经开始得到大规模应用。
在这些系统中，多个机器人需要合作完成一项任务，因此机器人之间的相互协调非常重要。
针对这个问题，多机器人系统编队技术被提出。
多机器人系统编队指的是将多个机器人组成一个整体，使其能够同步运动或保持一定的距离完成任务。
编队中，每个机器人都有独立的控制系统，但它们之间需要进行数据通信和协调，以实现编队运动。
编队过程中，机器人之间的距离和相对速度保持一定的规律，能够避免碰撞和混乱。
多机器人编队技术可以提高机器人系统的灵活性和鲁棒性，提高任务完成的效率和安全性。
多机器人系统编队的实验研究是机器人技术发展的重要方向之一。
在这个领域，研究人员通过模拟、仿真和实际实验，不断提高编队算法的效率和精度，增强机器人系统的稳定性和可靠性。
通过大量实验研究，人们已经取得了一系列重要的研究成果，如多机器人系统的集中式控制算法、分布式控制算法、自适应控制算法等。
集中式控制算法是指所有机器人的运动控制由一个中心控制节点协调完成。
这种算法虽然能够简单实现，但对于机器人系统的鲁棒性和可扩展性较差。
分布式控制算法则是将机器人系统的控制任务分配给每个机器人单独完成，机器人之间通过消息传递和协作实现编队运动控制。
这种算法能够提高机器人系统的鲁棒性和可扩展性，但对于算法的设计和实现要求较高。
自适应控制算法则是根据编队运动中机器人间的相互作用关系，实时调整机器人的运动策略和控制参数的算法，能够使机器人系统适应不同的环境和任务，但对于算法的实现和参数的调节较为困难。
为了测试不同的编队算法和机器人系统的控制策略，多机器人系统编队实验通常采用仿真和实际测试两种方式。
仿真测试可以通过在计算机中模拟多机器人系统的运动和控制过程，得出系统的动态特性和性能表现，优化编队算法和控制策略。
多智能体分布式编队控制方法
多智能体分布式编队控制方法多智能体分布式编队控制方法探索1.引言在当今快速发展的科技时代，多智能体系统正日益成为研究的热点之一。
多智能体系统中的各个个体通过协同合作，可以完成各种复杂的任务，如编队控制、路径规划、资源分配等。
本文将围绕多智能体分布式编队控制方法展开探讨，通过深入剖析相关概念和方法，帮助读者全面理解这一前沿领域的知识。
2.多智能体系统概述多智能体系统是由多个智能体组成的系统，智能体之间可以进行信息交换和协同行动。
在多智能体系统中，编队控制是一种重要的问题，其目标是使得系统中的各个智能体按照一定的规则和形状进行运动，以实现特定的任务要求。
分布式编队控制方法是指在系统中的每个智能体上实现控制算法，通过信息交换和协作，实现整个系统的编队控制。
3.多智能体分布式编队控制方法综述在研究现状部分，我们将介绍目前多智能体分布式编队控制方法的研究现状和发展趋势。
我们将重点介绍几种常见的分布式编队控制方法，包括基于邻居关系的控制方法、基于虚拟结构的控制方法以及基于最优控制理论的方法。
通过对这些方法的深入分析，我们可以帮助读者全面了解多智能体系统编队控制领域的最新进展。
4.基于邻居关系的分布式编队控制方法基于邻居关系的分布式编队控制方法是一种常见且有效的控制方法。
在这种方法中，每个智能体只与其周围的邻居进行信息交换，通过协同行动来实现编队控制。
我们将详细介绍该方法的原理、优缺点以及应用范围，帮助读者深入理解这一方法在多智能体系统中的作用和意义。
5.基于虚拟结构的分布式编队控制方法基于虚拟结构的分布式编队控制方法是另一种常见的控制方法。
在这种方法中，系统中的每个智能体都被赋予了一个虚拟的结构，通过与其他智能体的相对位置关系来实现编队控制。
我们将对该方法的核心理念和实现方式进行详细阐述，帮助读者更好地理解这一方法的内在原理和工程应用。
6.基于最优控制理论的分布式编队控制方法基于最优控制理论的分布式编队控制方法是一种较为复杂但在实际应用中具有重要意义的方法。
多水面机器人系统的预设性能协同编队控制
国内在多水面机器人系统的研究方面 起步较晚，但近年来也取得了一些进 展。如哈尔滨工业大学、中国科学院 自动化研究所等单位在多机器人协同 控制方面进行了有益的探索，并取得 了一些重要的研究成果。
发展趋势
随着人工智能技术的不断发展，多水 面机器人系统的预设性能协同编队控 制研究将不断深入，未来将朝着以下 几个方向发展：1）机器学习技术的 应用；2）高精度、高稳定性的运动 控制；3）更复杂的编队形态和任务 能力。
VS
未来的研究方向可以包括：研究更加 智能和自适应的编队控制策略，实现 机器人之间的自组织和协作；结合机 器学习和人工智能技术，实现对环境 信息的感知和决策；以及研究多机器 人与其他设备的集成和互联等问题。
THANKS
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海洋资源调查
多水面机器人系统可以帮助进行海洋资源调查，对海底地 形、矿产资源等进行详细的探测和分析，为海洋经济发展 提供数据支持。
救援打捞
多水面机器人系统可用于救援打捞任务，能够在复杂的水 域环境下进行快速搜索和打捞作业，提高救援效率。
水上交通
多水面机器人系统可以用于水上交通领域，执行巡逻、监 控和管理等任务，提高水上交通的安全性和效率。
02
多水面机器人系统概述
多水面机器人系统定义与特点
定义
多水面机器人系统是一种能够在多个 水域环境下运行的新型机器人系统， 具备在水面、水下和水底等多种环境 下工作的能力。
特点
多水面机器人系统具有高度的机动性 和灵活性，可以适应不同的水域环境 ，并且能够执行多种任务，如水下探 测、水面巡逻、水底地形测绘等。
实验平台测试结果分析
性能评估
对实验平台的性能进行了评估，包括控制精度、通信稳定性、数据采集和处理 速度等指标。
分数阶多机器人的领航-跟随型环形编队控制
第38卷第1期2021年1月控制理论与应用Control Theory&ApplicationsV ol.38No.1Jan.2021分数阶多机器人的领航–跟随型环形编队控制伍锡如†,邢梦媛(桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004)摘要:针对多机器人系统的环形编队控制复杂问题,提出一种基于分数阶多机器人的环形编队控制方法,应用领航–跟随编队方法来控制多机器人系统的环形编队和目标包围,通过设计状态估测器,实现对多机器人的状态估计.由领航者获取系统中目标状态的信息,跟随者监测到领航者的状态信息并完成包围环绕编队控制,使多机器人系统形成对动态目标的目标跟踪.根据李雅普诺夫稳定性理论和米塔格定理,得到多机器人系统环形编队控制的充分条件,实现对多机器人系统对目标物的包围控制,通过对一组多机器人队列的目标包围仿真,验证了该方法的有效性.关键词:分数阶;多机器人;编队控制;环形编队;目标跟踪引用格式:伍锡如,邢梦媛.分数阶多机器人的领航–跟随型环形编队控制.控制理论与应用,2021,38(1):103–109DOI:10.7641/CTA.2020.90969Annular formation control of the leader-follower multi-robotbased on fractional orderWU Xi-ru†,XING Meng-yuan(School of Electronic Engineering and Automation,Guilin University of Electronic Technology,Guilin Guangxi541004,China) Abstract:Aiming at the complex problem of annular formation control for fractional order multi robot system,an an-nular formation control method based on fractional order multi robot is proposed.The leader follower formation method is used to control the annular formation and target envelopment of the multi robot systems.The state estimation of multi robot is realized by designing state estimator.The leader obtains the information of the target state in the system,the followers detects the status of the leader and complete annular formation control,the multi-robot system forms the target tracking of the dynamic target.According to Lyapunov stability theory and Mittag Leffler’s theorem,the sufficient conditions of the annular formation control for the multi robot systems are obtained in order to achieve annular formation control of the leader follower multi robot.The effectiveness of the proposed method is verified by simulation by simulation of a group of multi robot experiments.Key words:fractional order;multi-robots;formation control;annular formation;target trackingCitation:WU Xiru,XING Mengyuan.Annular formation control of the leader-follower multi-robot based on fractional order.Control Theory&Applications,2021,38(1):103–1091引言近年来,随着机器人技术的崛起和发展,各式各样的机器人技术成为了各个领域不可或缺的一部分,推动着社会的发展和进步.与此同时,机器人面临的任务也更加复杂,单个机器人已经无法独立完成应尽的责任,这就使得多机器人之间相互协作、共同完成同一个给定任务成为当前社会的研究热点.多机器人系统控制的研究主要集中在一致性问题[1]、多机器人编队控制问题[2–3]、蜂拥问题[4–5]等.其中,编队控制问题作为多机器人系统的主要研究方向之一,是国内外研究学者关注的热点问题.编队控制在生活生产、餐饮服务尤其是军事作战等领域都发挥着极大的作用.例如水下航行器在水中的自主航行和编队控制、军事作战机对空中飞行器的打击以及无人机在各行业的应用等都是多机器人编队控制上的用途[6–7].目前,多机器人编队控制方法主要有3种,其中在多机器收稿日期:2019−11−25;录用日期:2020−08−10.†通信作者.E-mail:****************;Tel.:+86132****1790.本文责任编委:黄攀峰.国家自然科学基金项目(61603107,61863007),桂林电子科技大学研究生教育创新计划项目(C99YJM00BX13)资助.Supported by the National Natural Science Foundation of China(61603107,61863007)and the Innovation Project of GUET Graduate Education (C99YJM00BX13).104控制理论与应用第38卷人系统编队控制问题上应用最广泛的是领航–跟随法[8–10];除此之外,还有基于行为法和虚拟结构法[11].基于行为的多机器人编队方法在描述系统整体时不够准确高效,且不能保证系统控制的稳定性;而虚拟结构法则存在系统灵活性不足的缺陷.领航–跟随型编队控制法具有数学分析简单、易保持队形、通信压力小等优点,被广泛应用于多机器人系统编队[12].例如,2017年,Hu等人采用分布式事件触发策略,提出一种新的自触发算法,实现了线性多机器人系统的一致性[13];Zuo等人利用李雅普诺夫函数,构造具有可变结构的全局非线性一致控制律,研究多机器人系统的鲁棒有限时间一致问题[14].考虑到分数微积分的存储特性,开发分数阶一致性控制的潜在应用具有重要意义.时中等人于2016年设计了空间遥操作分数阶PID 控制系统,提高了机器人系统的跟踪性能、抗干扰性、鲁棒性和抗时延抖动性能[15].2019年,Z Yang等人探讨了分数阶多机器人系统的领航跟随一致性问题[16].而在多机器人的环形编队控制中,对具有分数阶动力学特性的多机器人系统的研究极其有限,大部分集中在整数阶的阶段.而采用分数阶对多机器人系统目标包围编队控制进行研究,综合考虑了非局部分布式的影响,更好地描述具有遗传性质的动力学模型.使得系统的模型能更准确的反映系统的性态,对多机器人编队控制的研究非常有利.目标包围控制问题是编队控制的一个分支,是多智能体编队问题的重点研究领域.随着信息技术的高速发展,很多专家学者对多机器人系统的目标包围控制问题进行了研究探讨.例如,Kim和Sugie于2017年基于一种循环追踪策略设计分布式反馈控制律,保证了多机器人系统围绕一个目标机器人运动[17].在此基础上,Lan和Yan进行了拓展,研究了智能体包围多个目标智能体的问题,并把这个问题分为两个步骤[18]. Kowdiki K H和Barai K等人则研究了单个移动机器人对任意时变曲线的跟踪包围问题[19].Asif M考虑了机器人与目标之间的避障问题,提出了两种包围追踪控制算法;并实现了移动机器人对目标机器人的包围追踪[20].鉴于以上原因,本文采用了领航–跟随型编队控制方法来控制多机器人系统的环形编队和目标包围,通过设计状态估测器,实现对多机器人的状态估计.系统中目标状态信息只能由领航者获取,确保整个多机器人系统编队按照预期的理想编队队形进行无碰撞运动,并最终到达目标位置,对目标、领航者和跟随者的位置分析如图1(a)所示,图1(b)为编队控制后的状态.通过应用李雅普诺夫稳定性理论,得到实现多机器人系统环形编队控制的充分条件.最后通过对一组多机器人队列进行目标包围仿真,验证了该方法的有效性.(a)编队控制前(b)编队控制后图1目标、领航者和追随者的位置分析Fig.1Location analysis of targets,pilots and followers2代数图论与分数阶基础假定一个含有N个智能体的系统,通讯网络拓扑图用G={v,ε}表示,定义ε=v×v为跟随者节点之间边的集合,v={v i,i=1,2,···,N}为跟随者节点的集合.若(v i,v j)∈ε,则v i与v j为相邻节点,定义N j(t)={i|(v i,v j)∈ε,v i∈v}为相邻节点j的标签的集合.那么称第j个节点是第i 个节点的邻居节点,用N j(t)={i|(v i,v j)∈ε,v i∈v}表示第i个节点的邻居节点集合.矩阵L=D−A称为与图G对应的拉普拉斯矩阵.其中:∆是对角矩阵,对角线元素i=∑jN i a ij.若a ij=a ji,i,j∈I,则称G是无向图,否则称为有向图.如果节点v i与v j之间一组有向边(v i,v k1)(v k1,v k2)(v k2,v k3)···(v kl,v j),则称从节点v i到v j存在有向路径.定义1Riemann-Liouville(RL)分数阶微分定义:RLD atf(t)=1Γ(n−a)d nd t ntt0f(τ)(t−τ)a−n+1dτ,(1)其中:t>t0,n−1<α<n,n∈Z+,Γ(·)为伽马函数.定义2Caputo(C)分数阶微分定义:CDαtf(t)=1Γ(n−α)tt0f n(τ)(t−τ)α−n+1dτ,(2)其中:t>t0,n−1<α<n,n∈Z+,Γ(·)为伽马第1期伍锡如等:分数阶多机器人的领航–跟随型环形编队控制105函数.定义3定义具有两个参数α,β的Mittag-Leffler方程为E α,β(z )=∞∑k =1z kΓ(αk +β),(3)其中:α>0,β>0.当β=1时,其单参数形式可表示为E α,1(z )=E α(z )=∞∑k =1z kΓ(αk +1).(4)引理1[21]假定存在连续可导函数x (t )∈R n ,则12C t 0D αt x T (t )x (t )=x T (t )C t 0D αt x (t ),(5)引理2[21]假定x =0是系统C t 0D αt x (t )=f (x )的平衡点,且D ⊂R n 是一个包含原点的域,R 是一个连续可微函数,x 满足以下条件:{a 1∥x ∥a V (t ) a 2∥x ∥ab ,C t 0D αt V (t ) −a 3∥x ∥ab,(6)其中:t 0,x ∈R ,α∈(0,1),a 1,a 2,a 3,a,b 为任意正常数,那么x =0就是Mittag-Leffler 稳定.3系统环形编队控制考虑包含1个领航者和N 个跟随者的分数阶非线性多机器人系统.领航者的动力学方程为C t 0D αt x 0(t )=u 0(t ),(7)式中:0<α<1,x 0(t )∈R 2是领航者的位置状态,u 0(t )∈R 2是领航者的控制输入.跟随者的动力学模型如下:C t 0D αt x i (t )=u i (t ),i ∈I,(8)式中:0<α<1,x i (t )∈R 2是跟随者的位置状态,u i (t )∈R 2是跟随者i 在t 时刻的控制输入,I ={1,2,···,N }.3.1领航者控制器的设计对于领航者,选择如下控制器:u 0(t )=−k 1(x 0(t )−˜x 0(t ))−k 2sgn(x 0(t )−˜x 0(t )),(9)C t 0D αt x 0(t )=u 0(t )=−k 1(x 0(t )−˜x 0(t ))−k 2sgn(x 0(t )−˜x 0(t )).(10)设计一个李雅普诺夫函数:V (t )=12(x 0(t )−˜x 0(t ))T (x 0(t )−˜x 0(t )).(11)根据引理1,得到该李雅普诺夫函数的α阶导数如下:C 0D αt V(t )=12C 0D αt (x 0(t )−˜x 0(t ))T (x 0(t )−˜x 0(t )) (x 0(t )−˜x 0(t ))TC 0D αt (x 0(t )−˜x0(t ))=(x 0(t )−˜x 0(t ))T [C 0D αt x 0(t )−C 0D αt ˜x0(t )]=(x 0(t )−˜x 0(t ))T [−k 1(x 0(t )−˜x 0(t ))−k 2sgn(x 0(t )−˜x 0(t ))−C 0D αt ˜x0(t )]=−k 1(x 0(t )−˜x 0(t ))T (x 0(t )−˜x 0(t ))−k 2∥x 0(t )−˜x 0(t )∥−(x 0(t )−˜x 0(t ))TC 0D αt ˜x0(t )=−2k 1V (t )−k 2∥x 0(t )−˜x 0(t )∥+∥C 0D αt ˜x0(t )∥∥x 0(t )−˜x 0(t )∥=−2k 1V (t )−(k 2−∥C 0D ∝t ˜x0(t )∥)∥x 0(t )−˜x 0(t )∥ −2k 1V (t ).(12)令a 1=a 2=12,a 3=2k 1,ab =2,a >0,b >0,得到a 1∥x 0(t )−˜x 0(t )∥a V (t ) a 2∥x 0(t )−˜x 0(t )∥ab ,(13)C t 0D αt V(t ) −a 3∥x 0(t )−˜x 0(t )∥ab .(14)根据引理2,可知lim t →∞∥x 0(t )−˜x 0(t )∥=0,即x 0(t )逐渐趋近于˜x 0(t ).为了使跟随者能够跟踪观测到领航者的状态,设计了一个状态估测器.令ˆx i ∈R 2是追随者对领航者的状态估计,给出了ˆx i 的动力学方程C 0D αt ˆx i=β(∑j ∈N ia ij g ij (t )+d i g i 0(t )),(15)其中g ij =˜x j (t )−˜x i (t )∥˜x j (t )−˜x i (t )∥,˜x j (t )−˜x i (t )=0,0,˜x j (t )−˜x i (t )=0.(16)对跟随者取以下李雅普诺夫函数:V (t )=12N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))T (ˆx i (t )−x 0(t )).(17)计算该函数的α阶导数如下:C 0D αt V(t )=12C 0D αtN ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))T (ˆx i (t )−x 0(t )) N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))TC 0D αt (ˆx i (t )−x 0(t ))=N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))T [C 0D αt ˆxi (t )−C 0D αt x 0(t )]=N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))T [β(∑j ∈N ia ijˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥+d iˆx 0(t )−ˆx i (t )∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥)−C 0D αt x 0(t )]=N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))T β(∑j ∈N i a ij ˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i(t )∥+106控制理论与应用第38卷d iˆx 0(t )−ˆx i (t )∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥)−N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))TC 0D αt x 0(t )=βN ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))T ∑j ∈N i a ij ˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥+βN ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))Td i ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥ˆx 0(t )−ˆx i(t )∥−N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))TC 0D αt x 0(t ).(18)在上式中,令C 0D αt V (t )=N 1+N 2以方便后续计算,其中:N 1=βN ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))T ∑j ∈N i a ij ˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥+βN ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))Td i ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥=β2[N ∑i =1N ∑j =1a ij (ˆx i (t )−x 0(t ))T ˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥+N ∑j =1N ∑i =1a ij (ˆx j (t )−x 0(t ))Tˆx i (t )−ˆx j (t )∥ˆx i (t )−ˆx j (t )∥]−βN ∑i =1d i∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥2∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥=β2N ∑i =1N ∑j =1a ij [(ˆx i (t )−x 0(t ))Tˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥−(ˆx j (t )−x 0(t ))T ˆx i (t )−ˆx j (t )∥ˆx i (t )−ˆx j (t )∥]−βN ∑i =1d i∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥2∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥=β2N ∑i =1N ∑j =1a ij [ˆx T i(t )ˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥−x T 0(t )ˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥−ˆx T j(t )ˆx i (t )−ˆx j (t )∥ˆx i (t )−ˆx j (t )∥+x T0(t )ˆx i (t )−ˆx j (t )∥ˆx i (t )−ˆx j (t )∥]−βN ∑i =1d i ∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥=β2N ∑i =1N ∑j =1a ij [ˆx T i (t )ˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥−ˆx T j (t )ˆx i (t )−ˆx j (t )∥ˆx i (t )−ˆx j (t )∥]−βN ∑i =1d i ∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥2∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥=β2N ∑i =1N ∑j =1a ij (ˆx T i(t )−ˆx Tj (t ))ˆx j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥−βN ∑i =1d i ∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥2∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥=−β(12N ∑i =1N ∑j =1a ij (ˆx T j (t )−ˆx T i (t ))׈x j (t )−ˆx i (t )∥ˆx j (t )−ˆx i (t )∥+N ∑i =1d i ∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥2∥ˆx 0(t )−ˆx i (t )∥),(19)N 2=−N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))TC 0D αt x 0(t )=N ∑i =1∥ˆx i (t )−x 0(t )∥∥C 0D αt x 0(t )∥×cos {ˆx i (t )−x 0(t ),−C 0D αt x 0(t )}.(20)由于∥C 0D αt x 0(t )∥k 1∥x 0(t )−˜x 0(t )∥+k 2∥sgn(x 0(t )−˜x 0(t ))∥ k 1∥x 0(t )−˜x 0(t )∥+k 2.(21)根据定义3,当lim t →∞∥x 0(t )−˜x 0(t )∥=0时,存在T >0(T 为实数),使得在t >T 时∥x 0(t )−˜x 0(t )∥ ε成立,那么对于t >T ,有0<∥C 0D αt x 0(t )∥ k 1ε+k 2=M 2,可得−N ∑i =1(ˆx i (t )−x 0(t ))TC 0D αt x 0(t )N ∑i =1∥ˆx i (t )−x 0(t )∥M 2M 2N max {∥ˆx i (t )−x 0(t )∥},(22)C 0D αt V(t ) −(β−M 2N )max i ∈I{∥ˆx i (t )−x 0(t )∥}−2β1λmin V (t ).(23)根据引理2,得lim t →∞∥ˆx i (t )−x 0(t )∥=0.(24)由上式可知,ˆx i (t )在对目标的追踪过程中逐渐趋近于x 0(t ).3.2跟随者控制器的设计在本文中,整个多机器人系统中领导者能够直接获得目标的位置信息,将这些信息传递给追随者,因此需要为每个追随者设计观测器来估计目标的状态.令ϕi (t )∈R 2由跟随者对目标i 的状态估计,给出ϕi (t )的动力学方程C 0D αt ϕi(t )=α(∑j ∈N ia ij f ij (t )+d i f i 0(t )),(25)其中f ij =ϕj (t )−ϕi (t )∥ϕj (t )−ϕi (t )∥,ϕj (t )−ϕi (t )=0,0,ϕj (t )−ϕi (t )=0.(26)取如下李雅普诺夫函数:V (t )=12N ∑i =1(ϕi (t )−r (t ))T (ϕi (t )−r (t )).(27)计算α阶导数如下:C 0D αt V(t )=第1期伍锡如等:分数阶多机器人的领航–跟随型环形编队控制10712N ∑i =1(ϕi (t )−r (t ))T (ϕi (t )−r (t )) N ∑i =1(ϕi (t )−r (t ))TC 0D αt (ϕi (t )−r (t ))=N ∑i =1(ϕi (t )−r (t ))T [C 0D αt ϕi (t )−C 0D αt r (t )]=N ∑i =1(φi (t )−r (t ))T [α(∑j ∈N ia ij f ij (t )+d i f i 0(t ))]−C 0D αt r (t )=N ∑i =1(ϕi (t )−r (t ))T α(∑j ∈N ia ij ϕj (t )−ϕi (t )∥ϕj (t )−ϕi (t )∥+d i ϕ(t )−ϕi (t )∥ϕ(t )−ϕi (t )∥)=βN ∑i =1(ϕi (t )−r (t ))T ∑j ∈N i a ijϕj (t )−ϕi (t )∥ϕj (t )−ϕi(t )∥+βN ∑i =1(ϕi (t )−r (t ))T d i ϕ(t )−ϕi (t )∥ϕ(t )−ϕi(t )∥−N ∑i =1(ϕi (t )−r (t ))TC 0D αt r (t ),(28)可得lim t →∞∥x i (t )−˜x i (t )∥=0.(29)由上式可知,x i (t )在对目标的追踪过程中逐渐趋近于˜x i (t ).4仿真结果与分析本节通过仿真结果来验证本文所提出的方法.图2为通信图,其中:V ={1,2,3,4}表示跟随者集合,0代表领导者.以5个机器人组成的队列为例进行验证,根据领航者对目标的跟随轨迹,分别进行了仿真.图2通信图Fig.2Communication diagrams假设系统中目标机器人的动态为C 0D αt r (t )=[cos t sin t ]T ,令初始值r 1(0)=r 2(0)=1,α=0.98,k 1=1,k 2=4,可知定理3中的条件是满足的.根据式(24)和式(29),随着时间趋于无穷,领航者及其跟随者的状态估计误差趋于0,这意味着领航者的状态可以由跟随者渐近精确地计算出来.令k 2>M 1,M 1=M +M ′>0,则lim t →∞∥x 0(t )−˜x 0(t )∥=0,x 0渐近收敛于领航者的真实状态.此时取时滞参数µ=0.05,实验结果见图3,由1个领航者及4个跟随者组成的多机器人系统在进行目标围堵时,最终形成了以目标机器人为中心的包围控制(见图3(b)).(a)领航者和跟随者的初始位置分析(b)编队形成后多机器人的位置关系图3目标、领航者和追随者的位置分析Fig.3Location analysis of target pilots and followers综合图4–5曲线,跟随者对领航者进行渐进跟踪,领航者同目标机器人的相对位置不变,表明该领航跟随型多机器人系统最终能与目标机器人保持期望的距离,并且不再变化.图4领航者及其跟随者的状态估计误差Fig.4The state estimation error of the leader and followers108控制理论与应用第38卷图5编队形成时领航者与目标的相对位置关系Fig.5The relative position relationship between leader andtarget仿真结果表明,多个机器人在对目标物进行包围编队时,领航者会逐渐形成以目标物运动轨迹为参照的运动路线,而跟随者则渐近的完成对领航者的跟踪(如图6所示),跟随者在对领航者进行跟踪时,会出现一定频率的抖振,但这些并不会影响该多机器人系统的目标包围编队控制.5总结本文提出了多机器人的领航–跟随型编队控制方法,选定了一台机器人作为领航者负责整个编队的路径规划任务,其余机器人作为跟随者.跟随机器人负责实时跟踪领航者,并尽可能与领航机器人之间保持队形所需的距离和角度,确保整个多机器人系统编队按照预期的理想编队队形进行无碰撞运动,并最终到达目标位置.通过建立李雅普诺夫函数和米塔格稳定性理论,得到了实现多机器人系统环形编队的充分条件,并通过对一组多机器人队列的目标包围仿真,验证了该方法的有效性.图6领航者与跟随者对目标的状态估计Fig.6State estimation of target by pilot and follower参考文献:[1]JIANG Yutao,LIU Zhongxin,CHEN Zengqiang.Distributed finite-time consensus algorithm for 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Applications,2017,11(7):1070–1074．作者简介:伍锡如博士,教授,硕士生导师,目前研究方向为机器人控制、神经网络、深度学习等,E-mail:***************.cn;邢梦媛硕士研究生,目前研究方向为多机器人编队控制,E-mail: ****************.。
多移动机器人避障编队控制
１ 引言
就 目前 的技术 水平 而 言 ， 机 器人 系统 在信 息获 取 与 单 处理能力等方面都是 有 限 的， 于复 杂的工 作 、 对 任务及 多变 的工作环境 ， 单机 器人 的能力更显不 足。于是人们 考虑研究 多机 器人的协调与合 作来 完成单 机器 人无 法或 难 以完 成 的 工作 。多机器人系统 比单机器人具 有更强 的优越性 ， 如并行 性、 柔性和鲁棒 性等 。在 军事 应用 方 面 ， 过多 机器人 协作 通 可以更有效地完成安 全巡 逻 、 区域 侦察 、 测 以及协 同打击 探 等 战术任务。 编 队控 制是一 个具有 典型性 和通 用性 的多机器人 协作
（ ｈｎｓ ｃｄ ｍ ｆ ｒ ｍ ｎ Ｓｉ ｃ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ９ Ｃ ｉａ Ｃ ｉ ｅＡ ａｅ ｙｏ ｍａ ｅｔ ｃｅ ｅ ｅｉｇ１０８ ， ｈｎ ） ｅ Ａ ｎ ｊ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ：ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｒ ｔ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｂ ｔ ｃｅ ａ ｏ ｄ ｎ ｅ ｆｒｍｕ ｉｌ ｂｌ ｏ ｏｓｉ ｉ— Ｉ ｓ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆ ｏ ｍａｉ ｏ ｔ ｄ ｏ ｓａ ｌ ｖ ｉ ａ ｃ ｈ ｐ ｅｍｏ ｉ ｒｂ ｔ ｓｄ ｓ ｈ ｆ ｏ ｏａ ｏ ｅ ｃ ｓｅ ．Ｆ ｒｔ ｈ ｏ ｍａ ｉｎ ｃ ｎ ｔ ｃｉｎ ｉ ｓａ ｌ ｈ ｄ， ｎ ｅｆ ｒ ｌ ｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｉｎ ｃ ｎｒ ｌ ｒａ ｏ ｄ ｎ ｅ ｏ ｓａ ｕ ｓｄ ｉｓ ｔ ｅ ｆｒ ｔ ｏ ｓ ｕ ｔ ｓｅ ｔ ｂ ｉ ｅ ａ ｄ ｔ ｏｍｕ ａｉ ｆｆｍ ｔ ｏ ｔｏ ｆ ｖ ｉ ｉ ｇ ｔ ｂ ｔ— ｏ ｒ ｏ ｓ ｈ ｏ ｏ ｏ ｏ ｈ ｃ ｅ ｓｇ ｖ ｎ Ｂ ｓ ｇ ｐ ｔｎ ｉｌｆ ｎ ｔ ｎ，ａ ｆｒ ｔ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｈ ｎｅ ｉ ｒｐ ｓ ｄ ｆ ｒｍｕ ｔ ｌ ｂ ｌ ｏ ｏｓｗｉ ｂ ｌ ｓｉ ｉ ｅ ． ｙ ｕ ｉ ｏｅ ｔ ｕ ｃ ｉ ｎ ａ ｏ ｍａｉ ｏ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｌ ｐｅ ｍｏ ｉ ｒ ｂ ｔ ｔ ｏ — ｏ ｏ ｏ ｏ ｉ ｅ ｈ ｓａ ｌ ｖ ｉ ａ ｃ ．Ｕｎ ｅ ｈ ｒｐ ｓ ｄ ｄ ｓ ｉｕ ｅ ｏ ｔｏ ｃ ｅ ｔｃ ｅ ａ ｏ ｄ ｎ ｅ ｄ ｒｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｉｔ ｂ ｔｄ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｈ ｍｅ，ｔ ｅ ｃｏ ｅ — ｏ ｐ ｓａ ｉ ｔ ｎ ａ ｅｙ ａ ｅ ｇ ａ ａ ｔ ｅ ｒ ｈ ｌｓ ｄ ｌ ｏ ｔｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｓ ｆｔ ｒ ｕ ｒ ｎｅ ｄ ｉ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｌ ．Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｅ ｎ ｔａｅ ｔ ｅ ｅｆ ｃｉｅ ｅ ｓ ｏ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ａｅ ｉ ｓ ｈ ｏ ｅｉ ｌ ｃ ｙ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｄ ｍｏ ｓｒ ｔ ｈ ｆ ｔ ｎ ｓ ｆｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｔｏ ｔ ｔｇ ｅ ． ｏ ｓ ｅ ｖ ｒ ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ： ｌ ｐ ｅ ｍｏ ｉ ｏ ｏｓ ｏｅ ｔ ｌｆ ｎ ｔ ｎ；Ｆ ｒ ｔ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ｂ ｔ ｃｅ ａ ｏｄ ｎ ｅ Ｍｕ ｔ ｌ ｂ ｌ ｒ ｂ ｔ ；Ｐ ｔｎ ｉ ｕ ｃ ｉ ｉ ｅ ａ ｏ ｏ ｍａｉ ｏ ｔｏ ；Ｏ ｓａ ｌ ｖ ｉａ ｃ ｏ
《多智能体系统的几类编队控制问题研究》范文
《多智能体系统的几类编队控制问题研究》篇一一、引言随着人工智能和机器人技术的快速发展，多智能体系统在众多领域中得到了广泛的应用。
编队控制作为多智能体系统的重要研究方向之一，对于提高系统的整体性能和协同能力具有重要意义。
本文将针对多智能体系统的几类编队控制问题进行研究，包括编队控制的基本概念、研究现状以及存在的挑战进行简要介绍。
二、编队控制基本概念与研究现状编队控制是指通过协调多个智能体的运动，使它们在空间上形成一定的几何形状或排列顺序，以达到共同完成任务的目的。
编队控制是多智能体系统中的重要技术之一，广泛应用于无人驾驶车辆、无人机群、水下机器人等领域。
目前，编队控制的研究已经取得了许多重要的进展。
在理论研究方面，研究者们提出了许多编队控制的算法和策略，如基于行为的方法、基于优化的方法、基于一致性的方法等。
在应用研究方面，编队控制在无人驾驶车辆、无人机群等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的成果。
然而，随着应用场景的日益复杂和多样化，编队控制仍然面临着许多挑战和问题。
三、多智能体系统编队控制问题的分类与挑战根据不同的应用场景和需求，多智能体系统的编队控制问题可以分为以下几类：1. 静态编队控制问题：指智能体在固定空间位置形成的编队结构，如正方形、三角形等。
该类问题主要关注编队的稳定性和鲁棒性。
2. 动态编队控制问题：指智能体在动态环境中的编队控制问题，如避障、路径规划等。
该类问题需要考虑到环境的变化和智能体的动态特性。
3. 协同任务编队控制问题：指多个智能体需要协同完成某项任务时的编队控制问题。
该类问题需要考虑到任务的需求和智能体之间的协作关系。
在解决这些编队控制问题的过程中，我们面临着许多挑战。
首先，如何保证编队的稳定性和鲁棒性是一个重要的问题。
其次，如何处理环境的不确定性和智能体的动态特性也是一个重要的挑战。
此外，如何实现多个智能体之间的协同和通信也是一个关键的问题。
四、编队控制策略与方法针对不同的编队控制问题，我们可以采用不同的策略和方法。
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李
莎（９ ３一） 女 ， １８ ， 湖南娄 底人 ， 讲师 ， 博士生 ， 研究方向为电子信 息、 控制 。
ｌ 引言
调整 ， 例如改变行为算法 的参数、 改变行为综合参数。 行为综合层对各个激活的行为模块 的输出进行加权平 均， 做出综合决策 ， 向驱动机构输出转动角度和速度命
在人类的工作、 生活环境中， 存在着许多极限的情 况， 限制着人类的活动。例如 ： 震后搜索与营救、 军事
收稿 日期 ：０ ０一 ７一 １ ２ ｌ ｏ Ｏ
当前任务、 状态、 环境等要求对机器人 的行为模块进行
・
９ ・ ２
向 目标 移动 行 为模 块控 制 的 目的是 机器人 与 目标
之间的相对距离 ｚ 和方向 为零。
图 ２ 基 于 闭环 控 制 率 的机 器人 运 动 控 制 原理 图
（ 湖北第二师范学院 机械与电气工程 系 武汉 ４００ ； １ ３２５２武汉大学 动力与机械 学院， 武汉 ４０７ ） ３０４
摘 要： 鳊队控制是 多机器人协调控制 系统设计中的典型 问题 ， 本文 阐述 了一种基 于行 为的混合分层体 系结构， 系统 该
以基于反应式结构的三种基本行为为基础 ， 运用加权平均的行 为选择机制进行控 制。经过仿真 实验证明 ， 算法能实现 该
编队控制 ， 是指多个机器人在到达 目的地的过程中， 保
持某种队形， 同时又要适应环境约束 （ 例如存在障碍 物或者空间的物理限制） 的控制技术ｌ 。 】 ］ 传统的跟随领航者方法是根据领航机器人的路线 实现其他机器人的运动控制 ， 由于没有 明确的队形反 馈， 很难保持它的队形。本文 阐述了一种用于编队控 制的分布式控制系统 ， 该系统将基于行为 的控制方法
系结构 ， 如图 １ 所示 。该结构分为行为管理层、 行为模
块层、 行为综合层 。行为模块层 由保持队形、 标移 向目
动、 避障 ３ 个行为模块构成。行为模块是根据收到的 信息作出某种行为决策。行为管理层可根据机器人的
系统中，— ｚ 控制的 目的就是跟随机器人 １ 保持同参 考机器人 ２ 之间的相对距离 ｚ 和相对角度 ， 只要这 ２
引入多机器人编队控制方法中。编队行为被分解为以 下三个子行为 ： 向目标点运动 ， 保持队形和避障。而对
图 １ 机 器人 体 系 结构 图
３ 行为模块层
行为模块层 中的各个行为模块根据收到的信息作 出某种行 为决策 。下 面分别 叙述 三个 基本 行 为模
，
。
． Ｚ 控制下的保持队形行为模块 于各子行为的处理方式采用加权平均的行为选择机制 ３ １ 一 多机器人编队控制采用基于闭环控制律的算法， 法。通过实验证明， 该方法能有效实现编队运行任务，
作者简 介： 永丽（９ ３一） 女 ， 谭 １７ ， 湖北武汉人 ， 讲师 ， 博士生 ， 研究方向为多机器人 系统的协作及其智能控 制。
方彦军（９７ ） 男， １５ 一 ， 福建福州人 ， 授 ， 教 博士研究生导师， 士 ， 究方向为计算机控 帝技术 、 博 研 】 多机器人 系统、
现 场总线控制技术、 检测技术与仪表。
２ １ ８月 ０ ０年 第 ２ 卷第 ８ ７ 期
湖北第二师范学院学报
Ｊｕｎ ｌｏ ｂ ｉＵ ｉｅｓｔ ｆＥ ｕ ａｉｎ ｏ ｒ ａ ｆＨｕ ｅ ｎｖｒｉ ｏ ｄ ｃｔ ｙ ｏ
Ａ ｇ２ １ ｕ ．００ Ｖ０ ． ７ Ｎｏ ８ １２ ．
多机器人编队控制
谭永 丽 ， 方彦军 李 莎 ，
并能灵活地避开障碍物到达指定地点［ 。 ２ 】 ２ 多机器人群体的体系结构
其控制 目的为： 在机器人编队运行时 ， 控制机器人之间
的相对距离 ｚ 和相对角度 ， 使之收敛并保持为设定 所示 描述对应 图 ３ 在给定 的 ２个机器人组成的 ，
排雷、 追踪等。如果在这些场所使用多机器人替代人 令 。 类完成危险的、 复杂的任务 ， 能有效 的减少人员伤亡 ，
提高效率。要发挥多机器人系统 的能力和潜力 ， 必须
有机的组织多机器人群体 ， 处理好多机器人之间的协 调控制问题 。其中具有典型性和通用性的一个多机器 人协调的基础问题是多机器人的编队控制。多机器人
多机器人在有障碍物情况下 自动避 障， 并在远 离障碍物 时 自 动恢复 队形 ， 到了良好 的编 队控制效果。 达
关键词： 多机 器人鳊Ｆ 基 于行 为； 系结构 Ａ； 体 中图分类号 ：Ｐ ４ 。２ Ｉ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６４３４ ２ １ ） －０２０ １７ － Ｘ（ ０ ８０ ９ －３ ４ ０
（） ９
（０ １） （ １ １）
ｃｓ ０
一
由８ ｌ 式得到向 目 一１ 标移动行为模块的输 出
１ｉ ｐ＋ ｎｔ ｓ
—
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Ｄ
卢 （ 一 ｃｓ ） ｄ ２ｎ， １１ ｄｏ￣ ＋ ￣ ｓ ７ ｏ ｉ — — — ｒ一
个值固定在 （ ， ） 就可 以维持一定的队形 。 ， 机器人旋转中心点处采样数值（ ｉ，０， ∞ ） ， ， ， 为 ，
位姿信息， 表示第 ｉ 个机器人 的（ 坐标 ， 坐标 ， ｘ ｙ 迎角 ，
线速度 ， 角速度 ） 但 由于旋转 中心 点处没 有切 向速 ， 度。 因此 ， 引入一个与旋转 中心点同在机器人轴线上 ， 距离为 （ 的点作为控制作用点 ， １ ｉ 称为参考原点 。ｄ 的 ｉ 正方向为机器人前进正方 向， ３中 ｄ 的值 为负值 。 图 ｉ
为了计算方便 ， 采用 ｄ ＝ ２ ｄ ｌ ｄ＝ 。
ｙ
图４
向 目标 移 动
机器人 的运 动方 程是
ｉ ＝
．
Ｉｉ ｐ 一 ｃ ｓ ｓｎｃ Ｉ０
Ｉｏ ｃ８
（） ８
口ｓｎ ｌｉ ￣
—广 － ）＋ Ｔ— ｐ ０ — ｐ ｔ
控制率为 ：
ｉ ｔｌ ＝－ ３ １
＝ 一