积分商城

最新搜索： STM32上实现FFT 电子元器件快速识别与检测 激光 STC单片机原理 GL3510 QCPL-RB5C
您现在的位置是：首页 > 技术资料 > 人工势场和虚拟结构相结合的多水下机器人编队控制
推荐星级：
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

人工势场和虚拟结构相结合的多水下机器人编队控制

更新时间：2019-12-25 17:33:16 大小：3M 上传用户：zhiyao6查看TA发布的资源 标签：人工势场水下机器人 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

传统的多水下机器人(AUV)编队算法,例如领航跟随法、虚拟结构法,对编队形成过程中AUV间的避碰问题和编队行进过程中的避障问题,没有进行有效解决。人工势场法可利用势函数进行避碰、避障,但队形组织能力略显不足。针对上述问题,提出了一种人工势场和虚拟结构相结合的多AUV编队控制算法。将系统分为3个部分:编队参考点、虚拟结构质点和AUV.以编队参考点为中心形成期望的虚拟结构以组织队形;虚拟结构质点以期望的虚拟结构为运动目标,并在运动的过程中,通过人工势场斥函数,实现避碰和避障;AUV对虚拟结构质点进行目标跟踪,从而渐进形成AUV的队形。通过编队路径跟踪、编队队形变换和编队避障等一系列仿真实验,对算法的可靠性和灵活性进行充分验证。实验结果表明:在随机的初始位置条件下,多AUV系统可以快速无碰撞地形成队形;在编队行进过程中进行灵活的队形变换,并对障碍物有效避碰。


部分文件列表

文件名 大小
人工势场和虚拟结构相结合的多水下机器人编队控制.pdf 3M

【关注视频号领20积分】   【关注公众号立即送20积分】

部分页面预览

（完整内容请下载后查看）
38  
2
Vol． 38 No． 2  
Feb． 2017  
第
卷第  
期
兵
工
学
报
2 0 1 7  
2
ACTA ARMAMENTARII  
年
月
人工势场和虚拟结构相结合的  
多水下机器人编队控制  
， ， ， ，  
潘无为 姜大鹏 庞永杰 李岳明 张强  
(
，
哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室 黑龙江 哈尔滨  
150001)  
:
摘要 传统的多水下机器人  
( AUV)  
， 、 ，  
编队算法 例如领航跟随法 虚拟结构法 对编队形成过程  
AUV  
， 。  
间的避碰问题和编队行进过程中的避障问题 没有进行有效解决 人工势场法可利用势函  
中
、
，
。
，
数进行避碰 避障 但队形组织能力略显不足 针对上述问题 提出了一种人工势场和虚拟结构相  
AUV AUV．  
以编队  
。
3
:
、
结合的多  
参考点为中心形成期望的虚拟结构以组织队形 虚拟结构质点以期望的虚拟结构为运动目标 并在  
; AUV  
编队控制算法 将系统分为 个部分 编队参考点 虚拟结构质点和  
;
，
，
，
，
对虚拟结构质点进行目标跟踪 从而  
运动的过程中 通过人工势场斥函数 实现避碰和避障  
AUV  
。 、 ，  
的队形 通过编队路径跟踪 编队队形变换和编队避障等一系列仿真实验 对算法  
渐进形成  
。 :  
的可靠性和灵活性进行充分验证 实验结果表明 在随机的初始位置条件下 多  
， AUV  
系统可以快  
; ，  
速无碰撞地形成队形 在编队行进过程中进行灵活的队形变换 并对障碍物有效避碰  
。
: ; ; ; ;  
关键词 兵器科学与技术 多水下机器人 编队控制 人工势场 虚拟结构  
+
: TP273 . 5  
: A  
: 1000-1093( 2017) 02-0326-09  
文章编号  
中图分类号  
文献标志码  
DOI: 10． 3969 /j． issn． 1000-1093． 2017． 02． 017  
A Multi-AUV Formation Algorithm Combining Artificial  
Potential Field and Virtual Structure  
PAN Wu-wei，JIANG Da-peng，PANG Yong-jie，LI Yue-ming，ZHANG Qiang  
( Science and Technology on Underwater Vehicle Laboratory，Harbin Engineering University，Harbin 150001，Heilongjiang，China)  
Abstract: Collision avoidance in the forming process of formation and obstacle avoidance on the formation  
proceeding are not solved using traditional multi-AUV formation algorithms，such as leader-follower and  
virtual structure． Artificial potential field algorithm can be used to solve the above problems，while its a-  
bility of formation organization is not satisfied． A multi-AUV formation control algorithm combing artificial  
potential field and virtual structure is proposed to overcome the problems． The system is divided into three  
parts: formation reference point，virtual structure particle and AUV． The desired virtual structure，which  
is the moving target of virtual structure particles，is organized to surround the formation reference point．  
Repulsive artificial potential is used to avoid collision and obstacle while the particles move． The AUVs  
track the particles to form a certain formation asymptotically． The formation path following，formation  
: 2016-05-18  
收稿日期  
:
基金项目 国家自然科学基金项目  
( 51209051、51509057、51309066) ;  
( HEUCFD1514) ;  
中央高校基本科研项目 海洋工程国家重点  
( 1415)  
实验室开放课题项目  
( 1988—) ，  
:
作者简介 潘无为  
，
，E-mail: panwuwei@ hrbeu． edu． cn  
男
博士研究生  
:
通信作者 姜大鹏  
( 1981—) ，  
， ，  
副教授 硕士生导师  
，E-mail: jdp103@ hrbeu． edu． cn  
男
2
327  
第
期
人工势场和虚拟结构相结合的多水下机器人编队控制  
changing and obstacle avoidance are simulated to verify the availability and flexibility of the proposed al-  
gorithm． The results indicate that the multi-AUV system can form a formation without collision from ran-  
dom initial positions，and the fleet can change formation flexibly and avoid obstacles effectively while pro-  
ceeding．  
Key words: ordnance science and technology; multi-AUV; formation control; artificial potential field; vir-  
tual structure  
“
队形的变化需要不同形式的 沟槽  
”。  
由此可见采  
0
引言  
。
用人工势场进行队形的布置实际上并不简便  
另
( AUV)  
，
系统 是指由多个  
AUV  
多水下机器人  
，
外 人工势场法需要考虑如何将势场力转化为面向  
， 、  
组成的系统 通过协作完成诸如区域搜索 地形扫  
。
具体机器人模型可用的控制量  
、 。 AUV  
描 环境数据采集等任务 编队问题作为多 系  
，
针对以上不足 本文提出了一种人工势场和虚  
， 。  
统的重要方面 日渐引起了众多学者的关注 目前  
AUV  
，
编队控制算法 并做了以下  
拟结构相结合的多  
［1］  
:
采用较多的编队算法包括 领航跟随法  
、
虚拟结  
:
工作  
［2 － 3］  
［4 － 5］  
［6 － 7］  
、
。
构法  
人工势场法  
和基于行为法  
1)  
AUV  
，
的实际应用 将系统分解为  
3
个
面向多  
，
领航跟随法采用链式的拓扑结构 编队具有  
: 、 AUV．  
部分 编队参考点 虚拟结构质点和  
编队参考  
，
一个全局领航者和若干子领航者 跟随者以一定的  
; ，  
点负责队形组织 虚拟结构质点负责避碰和避障 并  
， 。  
位置偏移跟踪领航者 从而形成队形 例如  
，Cui  
AUV ; AUV  
的跟踪目标  
。
则是编队的最终实体  
作为  
2)  
［1］  
AUV  
，
等
提出了参考轨迹和虚拟  
AUV  
的概念 采用反步  
AUV ，  
的状态 从  
， 。  
设计人工势场函数 实现避碰和避障 采用  
法使  
的运动状态收敛至虚拟  
，
向障碍物边界投影的方法 通过投影点设置人工势  
。
而形成队形 虚拟结构法要求机器人以刚体上的相  
。
。
场
从而将避障和避碰方法归于统一  
应点的位置和姿态信息作为各自的跟踪目标形成队  
3) AUV  
采用  
AUV  
，
目标跟踪算法 跟踪虚拟结构质  
［2］  
。
Ren  
，
采用信息一致性算法 提出了一种  
形
例如  
分布式虚拟结构的多智能体编队算法 赵宁宁等  
Serret-Frenet AUV  
曲线路径跟踪  
，
点 使得多  
。
系统最终收敛于期望的队形  
［3］  
;
4)  
AUV  
，
路径跟踪 队形变换和编队避障  
通过多  
在
坐标系下采用  
，
等一系列仿真实验 验证了该算法的可靠性和稳  
，
算法 得到了多  
AUV  
，
编队路径跟踪的算法 实际上  
。
定性  
，AUV  
是以曲线参考点形成虚拟结构 在跟踪虚拟结  
构的过程中形成编队 领航跟随法和虚拟结构法的  
1
问题描述  
。
，
缺点在于 算法虽然对编队的保持问题进行了研究  
，
1. 1  
坐标系  
，
但对于编队的形成问题一般未做研究 例如在编队  
AUV 。  
另
， 3 (  
为了描述问题 共建立了 个坐标系 见图  
1) ，  
形成和编队变换过程中  
之间的避碰问题  
O NE ( { n } ) 、  
随 体 坐 标 系  
n
分别 是 大 地 坐 标 系  
O xy( { b} )  
， ，  
外 算法针对编队行进过程中的避障问题 研究也很  
O x y ( { t} ) 。{ n}  
和目标坐标系  
所在区域地球表面的切平面 原点  
，O E { n}  
系平面  
b
t
t
t
。
不充分  
，
人工势场法 通过设置势场函数  
AUV  
，
O
为切  
n
为
，AUV  
在势场  
。AUV  
，O N  
n
。
点
轴指向北 轴指向东 认为  
，AUV { n} 。{ b}  
系平面内运动  
系为惯  
系原点  
n
、 ，  
的吸引力 排斥力作用下 得到相应的队形  
性坐标系  
在
，
之间的吸引力用于队形的自组织 目标点对  
AUV  
的
O
AUV  
，O x  
b
，
位于  
的重心  
，O y  
轴与艇体纵向轴线重合  
90°  
b
AUV  
，
驶向目标 排斥力则用于  
AUV  
之
吸引力可使  
O x  
。
指向艇艏  
{ t}  
系原点  
轴为  
轴顺时针旋转  
，O x  
位于目标点处  
所得  
轴指向与目标点  
t
b
b
。
间的避碰和躲避障碍物 人工势场法的缺点在于  
，
O
t
t
，
队形的变化需要对势场函数的重新配置 因而不够  
［4］  
，O y  
t
O x  
t
90°  
轴顺时针旋转  
速度向量相同  
轴为  
。
灵活 例如  
，Leonard  
等
t
t
采用虚拟智能体和人工势  
。
所得  
，
场相结合的方法进行多智能体的仿真 需要通过调  
1. 2 AUV  
模型  
，
整虚拟智能体的位置以改变势场形状 进而控制智  
［5］  
AUV，  
其运动学和动力学  
对于在水平面运动的  
; Cifuentes  
“
将人工势场布置成 沟  
能体的队形  
等
［8］  
” ， “ ” ，  
槽 的形状 机器人运动到 沟槽 中形成队形 不同  
模型 可表示为  

相关下载

全部评论(0)

暂无评论
评论赚积分>>

上传资源 上传优质资源有赏金

热门标签

更多>>

最新上传

  • 打赏
  • 30日榜单

热门下载

推荐下载

本站上的所有资源均为源于网上收集或者由用户自行上传，仅供学习和研究使用，无任何商业目的，版权归原作如有侵权，请 来信指出，本站将立即改正。

ICP许可证号：京ICP证070360号     21IC电子网 2000- 版权所有

京ICP备11013301号

京公网安备 11010802024343号