王蓀馨，王經(jīng)國

(1.西安理工大學(xué)信息技術(shù)與裝備工程學(xué)院，西安 710082；2.烽火通信科技股份有限公司，武漢 430205)

0 前言

多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)是多無人系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，在聯(lián)合偵查、群體盯梢、協(xié)作救援、合作搬運(yùn)、傳感網(wǎng)絡(luò)等軍事和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用背景。多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)是多臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人自主協(xié)作組成一個(gè)較為精準(zhǔn)的編隊(duì)或構(gòu)型以完成特定的作業(yè)任務(wù)，并在執(zhí)行作業(yè)任務(wù)、目標(biāo)跟蹤、躲避障礙物時(shí)盡可能保持預(yù)期的編隊(duì)幾何隊(duì)形不變。由于受傳感器感知范圍、單體作業(yè)半徑、設(shè)備搭載能力、通訊距離等因素制約，在執(zhí)行大范圍、長距離、動(dòng)態(tài)復(fù)雜等環(huán)境下的復(fù)雜作業(yè)任務(wù)時(shí)，傳統(tǒng)單臺(tái)機(jī)器人難以勝任。因此，多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)則成為解決這類復(fù)雜問題的有效途徑。

目前，多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)控制方法主要包括：行為法(Behavior-based)、虛擬結(jié)構(gòu)法(Virtual-structure)和領(lǐng)航-跟隨法(Leader-follower)?；谛袨榈亩鄼C(jī)編隊(duì)方法無法準(zhǔn)確描述系統(tǒng)整體行為，且不能保證系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性；而虛擬結(jié)構(gòu)法則存在系統(tǒng)靈活性不足的缺陷；領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制法[1]具有數(shù)學(xué)分析簡單、易保持隊(duì)形、通信壓力小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于多無人系統(tǒng)編隊(duì)，如：野外作戰(zhàn)系統(tǒng)編隊(duì)、無人機(jī)編隊(duì)和水下艦船編隊(duì)等諸多應(yīng)用領(lǐng)域。

領(lǐng)航-跟隨(leader-follower)型編隊(duì)控制方法在具體執(zhí)行多機(jī)編隊(duì)作業(yè)任務(wù)時(shí)，領(lǐng)航機(jī)器人(Leader)負(fù)責(zé)目標(biāo)跟蹤、路徑規(guī)劃、主動(dòng)避障等任務(wù)，而跟隨機(jī)器人(follower)負(fù)責(zé)主動(dòng)跟隨領(lǐng)航者的運(yùn)動(dòng)軌跡，并盡可能保持預(yù)定的理想編隊(duì)幾何隊(duì)形。文獻(xiàn)[2]將多機(jī)編隊(duì)控制問題劃分為軌跡跟蹤、機(jī)器人控制和隊(duì)形保持3個(gè)子問題，通過控制相對(duì)距離-相對(duì)角度、相對(duì)距離-相對(duì)距離來實(shí)現(xiàn)多機(jī)編隊(duì)控制。文獻(xiàn)[3]為了自主形成期望的編隊(duì)隊(duì)形，采用一種綜合的軌跡跟蹤控制方法來確保系統(tǒng)跟蹤誤差穩(wěn)定。針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制問題，文獻(xiàn)[4]采用模糊控制方法來確保多機(jī)編隊(duì)系統(tǒng)自主避障和保持隊(duì)形，文獻(xiàn)[5]提出了一種模糊邏輯控制方法來對(duì)非完整輪式移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行隊(duì)形控制，文獻(xiàn)[6]提出了一種綜合運(yùn)動(dòng)學(xué)和計(jì)算力矩的輸出反饋控制率來完成預(yù)期幾何隊(duì)形的自主控制。

綜上所述，在領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制研究領(lǐng)域，現(xiàn)有研究較好地解決了確定性目標(biāo)和靜態(tài)環(huán)境下的編隊(duì)控制、軌跡跟蹤等問題，但針對(duì)未知復(fù)雜環(huán)境條件下的多機(jī)編隊(duì)研究甚少，特別是領(lǐng)航機(jī)器人如何在線進(jìn)行路徑規(guī)劃、實(shí)時(shí)自主避障等方面亟待進(jìn)行更深入研究。為此，本文針對(duì)在未知復(fù)雜環(huán)境條件下領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制中的路徑規(guī)劃、編隊(duì)形成和隊(duì)形保持3類問題，采用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行在線局部路徑規(guī)劃，運(yùn)用滑膜控制方法自主調(diào)節(jié)跟隨機(jī)器人的實(shí)時(shí)位姿，以確保在無碰撞的條件下完成從初始位置到目標(biāo)位置的多機(jī)編隊(duì)運(yùn)動(dòng)。

1 領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制問題及其解決方案

1.1 領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制問題

在領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制問題中，選定一臺(tái)機(jī)器人作為領(lǐng)航者，主要負(fù)責(zé)整個(gè)編隊(duì)的路徑規(guī)劃任務(wù)，而其余機(jī)器人則被視為跟隨者。跟隨機(jī)器人負(fù)責(zé)實(shí)施跟蹤領(lǐng)航者，并盡可能與領(lǐng)航機(jī)器人之間保持隊(duì)形所需的距離和角度，從而確保整個(gè)多機(jī)編隊(duì)按照預(yù)期的理想編隊(duì)隊(duì)形進(jìn)行無碰撞運(yùn)動(dòng)，并最終到達(dá)目標(biāo)位置，其運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景如圖1所示。

圖1 領(lǐng)航-跟隨型多機(jī)編隊(duì)問題場(chǎng)景

1.2 領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制的整體解決方案

針對(duì)領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制問題，本文提出了圖2所示的整體解決方案。該解決方案包括3個(gè)主要階段：

(1)初始化階段：給定多機(jī)編隊(duì)隊(duì)形任務(wù)，確定領(lǐng)航機(jī)器人和跟隨機(jī)器人角色，確定各機(jī)器人的初始位姿，建立領(lǐng)航-跟隨機(jī)器人編隊(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

(2)領(lǐng)航機(jī)器人在線路徑規(guī)劃：在任意i時(shí)刻，領(lǐng)航機(jī)器人依據(jù)人工勢(shì)場(chǎng)法計(jì)算i+1時(shí)刻的自身位姿和跟隨機(jī)器人的理想位姿；

(3)跟隨機(jī)器人軌跡跟蹤：在i+1時(shí)刻，各跟隨機(jī)器人依據(jù)給定的理想位姿，運(yùn)用滑膜運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)該時(shí)刻機(jī)器人的線速度和角速度，從而確保當(dāng)前時(shí)刻跟隨機(jī)器人保持預(yù)期幾何隊(duì)形并跟隨領(lǐng)航機(jī)器人進(jìn)行編隊(duì)運(yùn)動(dòng)。

圖2 領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制整體解決方案

2 領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

2.1 輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

本文采用輪式移動(dòng)機(jī)器人，而輪式移動(dòng)機(jī)器人的無滑動(dòng)滾動(dòng)特征決定了系統(tǒng)滿足非完整約束條件。因此，對(duì)于具有非完整性約束的雙輪移動(dòng)機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型如圖3所示，表達(dá)式為

圖3 雙輪驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型示意圖

式中，(xc,yc)是機(jī)器人的中心坐標(biāo)；θ是車身軸線與x軸的夾角；(v,ω)T為移動(dòng)機(jī)器人的2個(gè)主要控制參數(shù)，其中，v、ω分別是機(jī)器人的線速度和角速度。

2.2 領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

以單機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為基礎(chǔ)，圖4給出了包含三角形編隊(duì)隊(duì)形、三臺(tái)機(jī)器人、雙輪移動(dòng)機(jī)器人的領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。在領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制問題中，編隊(duì)的主軌跡由領(lǐng)航機(jī)器人自主規(guī)劃確定，隊(duì)形形成和保持則由跟隨機(jī)器人的期望位姿參數(shù)來確定。

圖4 領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型示意圖

圖4中，R1為領(lǐng)航機(jī)器人，R2和R3為2臺(tái)跟隨機(jī)器人，而Rv則是R2為了形成和保持預(yù)期隊(duì)形而假設(shè)的虛擬機(jī)器人；R1和Rv之間期望的距離和方位角為(ρ,φ)T。結(jié)合R1的位姿并經(jīng)幾何坐標(biāo)變換，即可得到Rv的期望位姿。

式中，R1位姿為(x1,y1,θ1)T，R2期望位姿為(xv,yv,θv)T。

在領(lǐng)航-跟隨編理想控制條件下，Rv和R1的線速度和角速度應(yīng)該保持相等(即vv=v1，ωv=ω1)。而R2的跟蹤位姿誤差表示為

(xe,ye,θe)T=(x-xv,y-yv,θ-θv)T

3 基于改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法的領(lǐng)航機(jī)器人在線局部路徑規(guī)劃

在領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制中，首先需要解決承擔(dān)整個(gè)編隊(duì)引領(lǐng)任務(wù)的領(lǐng)航機(jī)器人的路徑規(guī)劃問題，即：領(lǐng)航機(jī)器人進(jìn)行在線局部路徑規(guī)劃，引導(dǎo)其后的跟隨機(jī)器人，形成和保持預(yù)期的編隊(duì)隊(duì)形，從起點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行無碰撞的編隊(duì)運(yùn)動(dòng)，從而完成既定的作業(yè)任務(wù)。

人工勢(shì)場(chǎng)法將機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)空間抽象為物理中的勢(shì)場(chǎng)，機(jī)器人在該勢(shì)場(chǎng)中同時(shí)受目標(biāo)引力場(chǎng)和障礙物斥力場(chǎng)的共同作用。通過人工勢(shì)場(chǎng)法這類在線局部路徑規(guī)劃方法，可以引導(dǎo)整個(gè)多機(jī)編隊(duì)在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)躲避障礙物并順利抵達(dá)目標(biāo)位置。因此，相對(duì)于目前大多數(shù)路徑規(guī)劃算法，由于人工勢(shì)場(chǎng)法具有結(jié)構(gòu)簡單、依賴信息少等優(yōu)勢(shì)，特別是該方法在避障方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使得非常適合未知復(fù)雜環(huán)境下的在線局部路徑規(guī)劃任務(wù)。然而，人工勢(shì)場(chǎng)法所具有的引力和斥力疊加效應(yīng)使得其存在“目標(biāo)不可達(dá)”的弊端[7]。

為此，針對(duì)領(lǐng)航機(jī)器人在復(fù)雜未知環(huán)境下的在線路徑規(guī)劃需求，以及人工勢(shì)場(chǎng)法自身存在的目標(biāo)不可達(dá)問題，本文在標(biāo)準(zhǔn)人工勢(shì)場(chǎng)法[7]的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法如圖5所示。改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法使得目標(biāo)點(diǎn)成為全局勢(shì)場(chǎng)中的最小點(diǎn)，而斥力場(chǎng)在目標(biāo)位置附近盡可能趨近于零。

圖5 改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法示意圖

領(lǐng)航機(jī)器人R1在外部環(huán)境中受到的總勢(shì)場(chǎng)為Utotal(X)=Uatt(X)+Urep(X)，而領(lǐng)航機(jī)器人在總勢(shì)場(chǎng)中對(duì)應(yīng)的合力Ftotal(X)為Ftotal(X)=Fatt(X)+Frep(X)。

在運(yùn)用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行在線路徑規(guī)劃時(shí)，領(lǐng)航機(jī)器人根據(jù)Ftotal(X)的方向和自身的行駛速度v，來計(jì)算下一時(shí)刻領(lǐng)航機(jī)器人和跟隨機(jī)器人的軌跡坐標(biāo)，從而引導(dǎo)整個(gè)編隊(duì)進(jìn)行無碰撞運(yùn)動(dòng)。以下結(jié)合圖5對(duì)總勢(shì)場(chǎng)計(jì)算和合力計(jì)算2個(gè)公式中涉及的變量進(jìn)行詳細(xì)解釋。

在圖5中，領(lǐng)航機(jī)器人R1的位置表示為X=(x,y)，則R1和目標(biāo)之間的引力勢(shì)函數(shù)為

式中，Xg為目標(biāo)位置，(X-Xg)為機(jī)器人R1和目標(biāo)之間的距離；Katt為引力位置增益系數(shù)，則領(lǐng)航機(jī)器人在引力場(chǎng)中受到目標(biāo)的引力為Fatt(X)=-Uatt(X)=-katt|X-Xg|。

考慮到機(jī)器人與目標(biāo)之間的相對(duì)距離，R1和障礙物之間的斥力勢(shì)函數(shù)為

式中，(X-Xg)為機(jī)器人和目標(biāo)之間的相對(duì)距離；(X-X0)為機(jī)器人和障礙物之間的距離；η是斥力位置增益系數(shù)；ρ0是障礙物的影響距離；n為任意實(shí)數(shù)。

與標(biāo)準(zhǔn)人工勢(shì)場(chǎng)法中的斥力勢(shì)函數(shù)相比較，這里的改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法的斥力函數(shù)計(jì)算利用了機(jī)器人與目標(biāo)之間的相對(duì)距離，即：當(dāng)機(jī)器人接近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，(X-Xg)逐漸變小，相應(yīng)的斥力場(chǎng)也隨之減小，從而保證了整個(gè)勢(shì)場(chǎng)僅在目標(biāo)點(diǎn)Xg最小。因此，機(jī)器人在勢(shì)場(chǎng)中對(duì)應(yīng)的斥力計(jì)算為

Frep(X)=-

其中，

4 基于滑膜運(yùn)動(dòng)控制的跟隨機(jī)器人軌跡跟蹤方法

通過基于人工勢(shì)場(chǎng)法的領(lǐng)航機(jī)器人在線路徑規(guī)劃，即可得到整個(gè)編隊(duì)的運(yùn)動(dòng)軌跡。編隊(duì)系統(tǒng)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)各跟隨機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器，依此引導(dǎo)跟隨機(jī)器人按照預(yù)期的理想位姿和領(lǐng)航機(jī)器人形成并保持既定的編隊(duì)隊(duì)形。在多機(jī)編隊(duì)軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法中，目前主要包括：自適應(yīng)控制法、非線性狀態(tài)反饋控制法、反步控制法和滑膜控制法等。與其他控制方法相比較而言，滑膜控制方法中的滑膜模態(tài)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)參數(shù)與擾動(dòng)無關(guān)，而且具有較好的魯棒性[8]。因此，本文引入滑膜運(yùn)動(dòng)控制器來執(zhí)行跟隨機(jī)器人的軌跡跟蹤控制任務(wù)。

在圖4所示的領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中，采用人工勢(shì)場(chǎng)法可以確定出領(lǐng)航機(jī)器人的位姿(x,y,θ)，為了形成和保持預(yù)期編隊(duì)隊(duì)形，各跟隨機(jī)器人需要實(shí)時(shí)保持和領(lǐng)航機(jī)器人之間的距離l和方位角φ。而通過跟隨機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)其線速度和角速度(v,ω)T，從而盡可能確保各個(gè)跟隨機(jī)器人的實(shí)際位姿與其理想位姿的誤差趨近于零。針對(duì)跟隨機(jī)器人的軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)問題，結(jié)合所提出的領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，采用基于雙冪指數(shù)趨近率的滑膜運(yùn)動(dòng)控制器為

這里仍然結(jié)合圖4對(duì)滑膜運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行說明。假設(shè)在i時(shí)刻，領(lǐng)航機(jī)器人的位姿為(x1,y1,θ1)，由于跟隨機(jī)器人與領(lǐng)航機(jī)器人應(yīng)保持距離l和觀測(cè)角φ，經(jīng)過坐標(biāo)變換即可求得跟隨機(jī)器人在全局坐標(biāo)系下的理想位姿(xv,yv,θv)為

跟隨機(jī)器人的理想位姿對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為

依據(jù)文獻(xiàn)[9]，跟隨機(jī)器人R2從位姿(x2,y2,θ2)T移動(dòng)到虛擬機(jī)器人位姿(xv,yv,θv)T的位姿誤差方程為

通過反步法并結(jié)合Lyapunov定理，求得切換函數(shù)為

根據(jù)雙冪次趨近控制率，使得s1→0，s2→0，實(shí)現(xiàn)xe收斂到0且θe收斂到-arctan(vrye)，從而實(shí)現(xiàn)ye→0，θe→0。根據(jù)文獻(xiàn)[8]，求得跟隨機(jī)器人R2的滑膜運(yùn)動(dòng)控制器為

則在i+1時(shí)刻，根據(jù)滑膜運(yùn)動(dòng)控制器求得跟隨機(jī)器人R2的位姿(x2,i+1,y2,i+1,θ2,i+1)T為

x2,i+1=x2,i+t·v2,i·cos(θ2,i+1+t·ω2,i)

y2,i+1=y2,i+t·v2,i·sin(θ2,i+1+t·ω2,i)

θ2,i+1=θi+t·ω2,i

其中，t為時(shí)刻i和時(shí)刻i+1的時(shí)間間隔。

依據(jù)該計(jì)算方法，同理可計(jì)算得到的跟隨機(jī)器人R3的滑膜運(yùn)動(dòng)控制器。

綜上所述，在領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制問題中，領(lǐng)航機(jī)器人基于改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行在線路徑規(guī)劃，從而確定出從起點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的無碰撞路徑；編隊(duì)中各個(gè)跟隨機(jī)器人在滑膜運(yùn)動(dòng)控制器的自主調(diào)節(jié)下促使多機(jī)形成并保持既定編隊(duì)隊(duì)形，并以此隊(duì)形運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)。

5 領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制方法的仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證該領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制方法的有效性，實(shí)驗(yàn)選用三角形編隊(duì)隊(duì)形、3臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人，在兩類實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景條件下，運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)編隊(duì)控制方法中的在線路徑規(guī)劃和軌跡跟蹤控制方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

(1)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1。在無障礙物環(huán)境下，領(lǐng)航

機(jī)器人R1采用基于改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行在線局部路徑規(guī)劃，兩臺(tái)跟隨機(jī)器人R2和R3采用滑膜運(yùn)動(dòng)控制器。三臺(tái)機(jī)器人從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行三角形編隊(duì)運(yùn)動(dòng)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6～圖8所示。

從圖6可知，三臺(tái)機(jī)器人從初始的隨機(jī)狀態(tài)，經(jīng)過滑膜運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)兩臺(tái)跟隨機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，快速形成了預(yù)期的三角形編隊(duì)隊(duì)形，兩臺(tái)跟隨機(jī)器人自主跟隨領(lǐng)航機(jī)器人以穩(wěn)定的編隊(duì)隊(duì)形從起始點(diǎn)順利到達(dá)了目標(biāo)點(diǎn)。另外，從圖7和圖8可知：兩臺(tái)跟隨機(jī)器人能快速移動(dòng)到理想位姿，并以較小運(yùn)動(dòng)誤差(接近于0)保持編隊(duì)隊(duì)形進(jìn)行整體移動(dòng)。

圖6 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1環(huán)境下領(lǐng)航-跟隨編隊(duì)在線路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖7 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1環(huán)境下跟隨機(jī)器人R2的線速度、角速度和運(yùn)動(dòng)誤差

圖8 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1環(huán)境下跟隨機(jī)器人R3的線速度、角速度和運(yùn)動(dòng)誤差

(2)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2。在靜態(tài)障礙物環(huán)境下，運(yùn)用本文提出的在線路徑規(guī)劃和滑膜運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行編隊(duì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9～圖11所示。

從圖9可知，在障礙物環(huán)境下，領(lǐng)航機(jī)器人仍能規(guī)劃出一條無碰撞路徑，并帶領(lǐng)2臺(tái)跟隨機(jī)器人以較小的隊(duì)形誤差從起始點(diǎn)順利抵達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。從圖10和11實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：由于滑膜運(yùn)動(dòng)控制器的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)器人的位姿，在路線中存在較多障礙物的環(huán)境下，仍能通過運(yùn)動(dòng)控制器的自我調(diào)姿，并以較小的運(yùn)動(dòng)誤差保持預(yù)期的編隊(duì)隊(duì)形。

圖9 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2環(huán)境下領(lǐng)航-跟隨編隊(duì)在線路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖10 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2環(huán)境下跟隨機(jī)器人R2的線速度、角速度和運(yùn)動(dòng)誤差

圖11 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2環(huán)境下跟隨機(jī)器人R3的線速度、角速度和運(yùn)動(dòng)誤差

6 結(jié)論

本文將改進(jìn)型人工勢(shì)場(chǎng)法和滑膜運(yùn)動(dòng)控制有機(jī)融合，提出了一種一體化、集成化的領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制方法，有效解決了領(lǐng)航機(jī)器人的在線路徑規(guī)劃和跟隨機(jī)器人的軌跡跟蹤兩類問題，最后的兩類工況仿真實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。這種集成了在線路徑規(guī)劃和軌跡跟蹤的一體化多機(jī)編隊(duì)控制方法，有助于實(shí)現(xiàn)多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)成形、隊(duì)形保持和在線避障等作業(yè)任務(wù)。該方法在多無人系統(tǒng)自主編隊(duì)、多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作搬運(yùn)、智慧物流等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。后續(xù)將以集成化的領(lǐng)航-跟隨型編隊(duì)控制方法為核心，設(shè)計(jì)制作移動(dòng)機(jī)器人實(shí)物，并在接近實(shí)際工況環(huán)境下進(jìn)行實(shí)證研究。