基于多虛擬領(lǐng)航者的多機(jī)器人編隊(duì)控制方法

王欽釗， 程金勇， 李小龍

(陸軍裝甲兵學(xué)院控制工程系， 北京 100072)

近年來，隨著人工智能和機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，多機(jī)器人的協(xié)同技術(shù)受到越來越廣泛的關(guān)注。與單機(jī)器人相比，多機(jī)器人系統(tǒng)具有更強(qiáng)的工作能力和魯棒性。多機(jī)器人協(xié)同在資源探測(cè)、安全巡邏、地震救援、軍事作戰(zhàn)和智能交通等方面都有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。

多機(jī)器人編隊(duì)避障控制，顧名思義就是多個(gè)機(jī)器人在向目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的過程中，既能夠保持一定的幾何隊(duì)形，又能適應(yīng)環(huán)境的約束安全避障[2]。目前多機(jī)器人的編隊(duì)控制方法主要有虛擬結(jié)構(gòu)法、人工勢(shì)場(chǎng)法、基于行為法、領(lǐng)導(dǎo)-跟隨法和基于圖論法等。其中：領(lǐng)導(dǎo)-跟隨法采用鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，跟隨者跟蹤領(lǐng)航者形成隊(duì)形，但是該算法沒有考慮整體的路徑規(guī)劃和編隊(duì)的避障功能；人工勢(shì)場(chǎng)法中機(jī)器人在勢(shì)場(chǎng)力作用下形成隊(duì)形，但是每種隊(duì)形都需要定義相應(yīng)的勢(shì)場(chǎng)函數(shù)，而勢(shì)場(chǎng)函數(shù)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜；基于圖論法采用一致性理論，使得各機(jī)器人能夠達(dá)到距離的恒定和速度的一致，缺點(diǎn)是機(jī)器人之間的相互位置關(guān)系不確定，難以得到明確的隊(duì)形結(jié)構(gòu)。

針對(duì)上述方法的不足，筆者提出領(lǐng)導(dǎo)-跟隨和人工勢(shì)場(chǎng)相結(jié)合的分層群集編隊(duì)避障算法。領(lǐng)導(dǎo)層中，領(lǐng)航者進(jìn)行路徑的預(yù)先規(guī)劃和編隊(duì)導(dǎo)航，以領(lǐng)航者為參考點(diǎn)，通過設(shè)定虛擬領(lǐng)航者的位置和數(shù)目形成明確的隊(duì)形和位置關(guān)系。跟隨層中，設(shè)計(jì)分布式控制器，跟隨機(jī)器人……