带有时延的多机器人编队路径追踪和同步控制的策略研究

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现在，单个机器人受个体工作能力以及成本的限制，在复杂的环境下多采用多个机器人相互协调控制。多机器人系统中机器人在进行自身信息传递和相互之间信息传递时会不可避免的产生时延问题，这会影响整个控制平台的稳定性。在本文将针对多机器人编队控制中的时延问题进行同步控制算法设计。
　　本课题中设计了一种在带有时延情况下的多机器人的路径追踪和同步控制策略。由于多机器人同步控制的时延主要是由机器人之间进行信息传递时产生的，所以在同步误差中引入通信时延，设计一种分布式同步控制策略使多机器人编队在运动过程中既能够追踪期望路径又能够保持编队队形。
　　规划机器人的时变期望路径数学模型，由机器人的期望位置与实际位置的差获得机器人的位置误差，以及机器人之间在队形保持时的同步误差，由位置误差和同步误差获得每个机器人的全局位置误差，从而基于欧拉拉格朗日动态方程进行控制力矩的设计。控制力矩需要能够同时保证位置误差和同步误差在有限时间内收敛到零，即达到路径追踪和队形保持的目的。
　　为验证所提出的算法在理论上的有效性，结合李雅普诺夫方程分别推导出对带有时延和不带有时延情况下控制参数需满足的条件。为比较同步控制的优越性，在相同参数下进行了带有同步控制和不带有同步控制情况下的模拟实验，分别比较机器人的位置误差和同步误差输出曲线的收敛时间以及曲线的波动峰值，得出带有同步控制策略的性能优于不带有同步控制的情况。接下来为了验证带有同步控制在存在时延下的有效性，进行了不同时延情况下的对比模拟实验，得出在带有时延情况下该同步控制算法能够保证位置误差和同步误差的收敛性。在本课题中分别进行了三个机器人组成是三角形编队和十二个机器人组成的十字形编队的队形平移和旋转情况下的模拟验证。
　　本课题在e-puck两轮机器人上进行实验，首先分析e-puck运动学模型，通过蓝牙技术建立起了e-puck与上位机的信息传递关系。搭建了由三个e-puck机器人组成的三角形编队实验控制台，通过实验验证了同步控制策略的有效性。

著录项

作者
梁慧慧;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科控制科学与工程
授予学位硕士
导师姓名陈浩耀,王灿;
年度 2013
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类机器人;
关键词
多机器人; 时延特性; 同步误差; 编队控制; 蓝牙技术;

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