无线网络的多机器人作战编队与协同控制(3)
时间:2020-02-17 13:13 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
2.2 基于航标示踪法的编队运动策略 自然界中，蚂蚁等昆虫具有高度的社会性，常常表现出极强的群体性智能。研究发现，这类合群性昆虫，尤其是无翅的昆虫获幼虫期昆虫，会再其行进的路线上留下信息素，展示其行走的踪迹以便同伴追随。本次研究受其启发，并借鉴了无人机控制中航标的概念，用卫星航标模拟示踪信息素，提出了一种基于航标示踪的多移动机器人协同控制策略。 基于航标示踪控制的核心是通过组合定位，定时获取多机器人体系中领航者（Leader）机器人节点的全局坐标和位姿信息，并通过无线网络通信模块，将其以示踪航标形式传达到跟随者（Follower）机器人节点。跟随者机器人接收航标信息，并通过比目的地航标与自身坐标及位置的关系，确定运动方向。在这种策略中，操作者只需实时控制领航者机器人即可实现对整个多机器人编队的控制，跟随者机器人通过给示踪航标加上不同的距离和角度偏移量获得目的地航标并通过比较进行运动决策，最终实现整个编队队形的维持和变换。 在这种控制策略中，采取了“航标”概念模拟了自然界信息素，统一了如编队保持、队形变换、编队围捕等子运动行为，协同运动的过程更接近实际的物质世界；而对示踪航标-目的地航标中偏移量的量化，可使编队控制成为一种可以衡量的协同运动模式（如能计算出不同的编队拓扑结构等）；相比传统L-φ控制方法中，各个机器人节点相对位置完全固定的控制方法，整个编队在运动过程中能随着外界环境自我适应，编队内各单元之间的位置更加机动灵活。同时，对于跟随者机器人，其路径规划是基于接受示踪航标并产生目的地航标列表完成，相比需要时刻通信和实时运算偏差情况的传统算法，大幅精简了下位机运算量，并且避免了由于编队中机器人数量增加而导致通信和运算难度几何级增加的传统难题。 3 机器人模块组建与实现 3.1 多移动机器人单体结构设计 3.1.1机器人设计要求 在设计前，对现有的机器人资料进行分析研究，结合现有的多机器人体系，对本次设计有如下要求： （1）机械结构简单，要方便制造且便于维修； （2）实现方案的总体成本较低，便于大量生产； （3）人机交互界面友好易用，操作方式简单、有效； （4）多机器人作战编队稳定可靠，能在不同环境中有效维持； （5）搭建覆盖各个作战机器人节点的高速无线网，并实现控制信息、视频流信息的实时传输； （6）多机器人之间相互实现通信，能够进行协同运动。 3.1.2 机器人动力选择 作战机器人在战场空间的移动需要依赖行走机构实现。行走机构是保证各个机器人节点实现运动的关键模块。目前移动式机器人的行走机构有许多类型，仅对平面运动来说，轮式、履带式、腿足式等等机构都是较常被采用的方案。下面分别介绍三种常见的行走机构类型，并选择本次设计的类型。 （1）轮式行走机构 轮式行走机构具有结构简单、能源利用效率高、控制方便和价格低廉等的优势，其中包含了很多种类：如单轮驱动式、两轮差速式、机械转向式等。轮式行走机构能高速稳定地在较平坦路面上进行移动，具有良好的战略机动性。同时，轮式机构在不平整与崎岖的路面其环境适应性稍差。 （2）履带式行走机构 履带式行走机构的特点是受力面积大，承载性好，对地面的压强小。因此，履带式机构有较强的越野能力，作为载重平台能搭载较多负重，且在战场上生存能力较强。同时，履带式行走机构具有装卸维修不便、磨损较快和机动速度较慢等不足。 (责任编辑：qin) |