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论算法基于改善人工协调场多机器人避碰算法

最后更新时间:2023-12-26 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:12194 浏览:48362
论文导读:
摘要:
针对多机器人系统中避碰问题,提出一种基于改进人工协调场的多机器人避碰算法。首先采用凸化障碍,子目标主动选择方法,解决人工协调场在有非凸障碍环境中的“死锁”问题;其次建立基于速度和距离的排斥力模型,以克服人工协调场对空间利用率低的缺陷,尤其是目标点与障碍物距离较近机器人无法抵达的情况;最后设计一种力混合器模型,并基于此模型以达到避免人工协调场中的运动抖动的效果。仿真实验证明该算法对解决有障碍环境下多机器人避碰问题的有效性和可靠性,增强了多机器人系统对复杂环境的适应性。
关键词:
人工协调场;避碰算法;多机器人系统;分布式系统
0引言
避碰避障是多机器人系统成功应用于实际环境的关键环节。因此,多机器人系统避碰算法成为了近年来机器人技术研究的热点问题。
目前,常用的多机器人避碰算法主要有C空间法、单元分解法、特权优先级法、交通规则法、磋商法和人工势场法等。其中基于人工势场法的多机器人避碰算法以其简单、安全、易行的优点,广受青睐;但其完备性的缺失使得在避碰过程中易出现运动抖动、“死锁”,发现运动抖动及非受迫性碰撞等问题。
针对人工势场法在避碰过程中出现不足,学者们开展了大量研究:赵东等[3]将交通规则法、磋商法和人工势场法相结合,提出了基于广义势场的多机器人避碰方法;景兴建等[4-5]将人工协调场应用于多机器人避碰及编队控制;付帅等[6]在文献[4]的基础上通过改进引力势函数使人工协调场成功应用于运动编队中;文献[7]提出了一种基于李亚普诺夫函数形式的势场函数,有效解决了单机器人静态环境下避碰问题;杨甜甜等[8]在文献[7]基础上提出利用导航函数法解决多机器人避碰避障问题;文献[9]提出一种分叉势场法,并应用其来解决分布式多机器人系统的中的避碰问题;胡志华等[10]通过加入柔化因子改进一般势场力,较好地解决了人工势场法在离散控制中的振荡问题;王芳等[11]引入势场栅格对人工势场法进行改进,对可克服传统人工势场法中的局部极小点问题有一定的作用,但与栅格的划分有密切关系;Jaradat等[12-13]利用障碍物斥力和目标点引力的模糊模型解决局部极小问题;于振中等[14]应用“填平势场”使机器人走出陷阱区域;李书杰等[15]提出了一种基于灰色定性理论的人工势场算法以解决局部陷阱问题。
这些方法大部分在传统人工势场的基础上通过局部调整使机器人走出陷阱,并未从根本上解决问题。因此,本文以多机器人系统编队控制为应用背景,同时以避免机器人运动“死锁”和克服机器人运动抖动为目标,提出基于改进人工协调场的多机器人避碰算法。
1问题描述
在有静态障碍的环境中,考虑一组由N个机器人构成的分布式多智能体编队,其中各机器人的ID号依次为R1,R2,…,RN。关于环境中障碍有如下定义。
定义1设障碍m可以用二维对边形区域Om表示,障碍m的边界用Om表示,若障碍m的边界Om为凸多边形,则称障碍m为凸障碍;否则称障碍m为非源于:论文封面格式www.7ctime.com
凸障碍。
定义2设点集DOm为多边形区域Om的顶点,若p∈D为凸角顶点,则称顶点p为凸角点;否则称顶点p为非凸角点。
为让研究结论更方便地应用于实际平台中,考虑采用离散运动模型对多机器人编队避碰算法进行讨论。机器人的离散运动模型如下表示: