具有非完整约束的多移动机器人覆盖控制研究

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随着机器人实际应用的不断发展,多机器人协作开始吸引越来越多研究人员的关注,并逐渐成为计算机应用以及电气工程等领域新兴的研究热点。相比于单机器人,多机器人系统在任务执行效率、环境信息探测与捕获、任务执行灵活性等方面有着不可替代的优势,并具备复杂任务环境中较强的适应与容错能力。作为多机器人协作研究的重要课题,多移动机器人覆盖控制近年来取得了重要进展,并且在环境监测、灾难现场救援、工业设备监控、多目标追踪以及军事情报获取等领域有着广泛的应用前景。本文工作主要关注具有非完整约束的异构多机器人系统的覆盖控制问题。多机器人系统中任一移动机器人均被认为具有“存滚动、无滑动”的非完整运动约束。在分布式覆盖控制律的作用下,移动机器人从各自的初始状态向其Voronoi区域的质心位置进行覆盖运动;同时利用携带的传感器对环境信息进行探测与感知,并根据环境信息的密度分布,实时调整目标状态,最终收敛到达任务区域的最优感知分布。对于未知环境中的应用,通过引入参数估计自适应律,对Voronoi区域的质心位置进行估计;同时利用一致性算法,使系统中各移动机器人对于环境信息分布的认知快速达到一致。在覆盖运动过程中,针对不同类型移动机器人的运动学特征,采取相应的运动控制方法与协同策略,驱动移动机器人向目标状态移动,进而赋予原有抽象算法更为直观而丰富的含义,使经典分布式覆盖算法得以应用于异构多机器人系统的覆盖控制过程。本文最后利用MATLAB软件对提出的改进算法进行仿真。通过对不同实验场景下仿真结果的分析,验证改进算法在异构多机器人系统覆盖控制过程中的有效性与可靠性,为算法在实际系统中的应用提供参考与评估。
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