论文分享 | 视野约束下多机器人系统的最小持久图生成与编队控制

news2025/1/25 9:01:18

阿木推出的Prometheus项目校园赞助活动,再次迎来开发者参与!

北京理工大学自动化学院赵欣悦同学,在Prometheus开源仿真架构的基础上进行了二次开发,且使用P450进行了真机实验并发表了相关论文,其论文《视野约束下多机器人系统的最小持久图生成与编队控制》收录于中科院SCI期刊分区4区,根据活动规则,将获得阿木实验室赞助的奖学金2000元~

现将相关论文内容分享给大家,鼓励更多的开发者加入到我们校园赞助活动中来,只要你是参与开源项目或在相关技术领域获得荣誉成果P系列无人机用户,参与活动就有机会获得阿木的奖学金!

主题:视野约束下多机器人系统的最小持久图生成与编队控制

DOI:10.3390/electronics12020317

AuthorXinyue Zhao,Qingkai Yang, Qi Liu, Yuhan Yin, Yue Wei, Hao Fang

Author Affiliation:School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China ;  Pengcheng Laboratory, Shenzhen 518055, China

*: Corresponding author:Qingkai Yang

期刊:中科院SCI期刊分区4区 – Electronics

作者:赵欣悦,杨庆凯,刘奇,殷煜涵,尉越,方浩

作者单位:北京理工大学;鹏城实验室

通讯作者:杨庆凯

内容概述:

多无人机编队控制已广泛应用于协同侦查、区域探索及协同搬运等实际场景。无人机之间稳定的通信一直作为编队控制的理想条件,而在实际场景中,并不总能够保证通信的畅通。在不使用通信的情况下,基于视觉感知的协同编队控制方法得到了广泛的研究。然而,传感器先天存在的限制(如:有限的感知距离和视野角等)为编队控制带来了巨大的挑战。本文针对感知约束下多机器人系统编队控制问题,提出了一类最小持久图生成与编队控制方法。具体来讲,每个机器人存在有限的视野角与感知范围。为了解决这个问题,需要为多机器人系统设计合适的交互拓扑,即为每个机器人分配邻居,使得机器人的感知约束能够满足。此外,为了使视野约束严格满足,还要求指定的邻居在形成编队的过程中始终保持在其视野范围内。

为此,本文首先提出了一种基于深度优先搜索的最小持久图生成算法,给定多机器人系统一组可行的初始位置,该算法能够生成满足传感器约束的最小持久图。该最小持久图作为感知拓扑,为多机器人系统提供感知交互关系,其有向边表征了系统的感知约束。基于生成的最小持久图,利用基于梯度的编队控制方法与控制障碍函数(CBF),我们提出了一类分布式编队控制方法,综合考虑各种约束与编队控制目标,构造能够实时在线求解的二次规划问题。该算法不仅能够将邻居机器人限制在感知区域内,保证感知拓扑的连通,还能够避免机器人与机器人、机器人与障碍物发生碰撞,最终实现了多机器人系统在无需通信条件下的编队协同控制。

引用Prometheus说明:

为了验证本文提出算法的有效性,本文在阿木实验室开发的Prometheus开源仿真架构的基础上进行了二次开发,通过将自己设计的视觉感知算法与编队控制算法整合到Prometheus框架中,进行了仿真和实机实验,仿真与实验结果证明了提出算法的有效性。文中引用为“The software implementation is in Prometheus (an open source software for autonomous drones [39])”。

图1 无人机感知与避障约束

图2 MATLAB编队仿真结果

图3 Gazebo编队仿真实验

图4 无人机编队实验

如需了解更多论文介绍,可以点击链接:https://doi.org/10.3390/electronics12020317

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Prometheus校园赞助计划全面开启

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