动态不确定环境下多机器人协调围捕控制

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摘要:

  多机器人围捕作为多机器人系统研究的一个典型任务平台,具有重要的研究价值,可广泛用于军事、反恐、搜救、安全警戒与安全保卫等方面。本课题研发了一套多异构机器人协调围捕系统,满足了多机器人系统动态未知环境下执行围捕任务的需求,研究集中于任务分配与调整方法、围捕任务建模、局部环境识别、运动控制方法,以及仿真系统、协调方法与协调控制策略、系统集成等方面:

  (1)提出一种合同网和熟人网相结合的基于任务案例匹配的分层式任务分配方法,以及一种基于圆形-椭圆双包围圈的联盟围捕策略,构建了围捕任务模型;

  (2)感知信息获取与处理基础上的局部环境识别,包括机器人识别与相对定位,基于欧拉数和凹陷区特征的门牌号码识别等;在自主运动控制方面,提出基于可行通道的目标追踪方法,基于障碍禁区的方法以及基于有效扇区的规划方法,并设计了入侵者的逃脱策略;

  (3)开发了一个集成任务级与运动级协调的多机器人仿真系统ColonySim,它融入了基于合同网的任务分配和基于有限状态机的任务建模机制,集成任务分配、任务建模、传感、通讯、控制、协调等功能为一体,具有多算法多任务验证功能;

  (4)提出基于观察推理的协调方法,以及一种不确定环境下的多机器人队形控制与变换方法;开展了室内走廊环境下多机器人围捕的研究,离线构建基于门牌号码的拓扑图,以及构建度量地图(线段特征描述/占据栅格OG),门牌号码/入侵者可作为联系的纽带;

  (5)在群体协调涌现方面,以一致性问题为研究对象,开展了离散时间系统下定常拓扑和定常时滞情况、切换拓扑和时变时滞情况,以及连续时间系统下异步、有限时间一致性方面的研究,给出相应局部信息下的协议及一致性条件;

  (6)给出多机器人局部交互的协调方法;基于无线局域网点对点的组网模式搭建多机器人通讯系统,采用基于事件驱动的方式以降低通讯量,结合局部感知为主、辅以少量通讯信息的分布式控制,实现了多地面机器人、微小型无人机、地面监控台的有机集成。

  本课题取得的研究成果与关键技术,为多机器人系统的应用提供有效的理论方法与技术支撑,具有良好的应用前景。

关键词:多机器人;协调围捕;局部环境识别;多机器人仿真系统;局部交互