探讨合作蜂拥控制设计与连接保护机制。在植绒,interagent距离测量,以确定通信拓扑的羊群。然后,合作植绒运动是建立基于合作人工势场连接保护机制来实现共同的植绒目标。然后推导获得的蜂拥控制输入合作人工势场使用控制李雅普诺夫函数。因此,我们证明我们的植绒协议建立集团稳定和可替换主体植绒总是连接的通信拓扑结构。
一个bstract>植绒在本质上是一个协调运动群生活的实体。最近,植绒行为多重代理系统中采用了类似于集体运动的生活系统,例如,集体运动群multirobot系统和自主车辆。这些多个代理在一起形成一个合作系统以分布式的方式解决复杂的问题,不可能是由一个单一的代理。
关于文学的多重代理系统,许多理论表示,植绒模型使用三个基本构建启发式规则,也就是说,凝聚力,分离,和速度对齐,首次发起的(
的机器人,常见的植绒规则技术,可以进一步被描述为重心的吸引力,防撞,分别和速度一致。重心吸引力法则试图把代理保持接近附近的代理在羊群如果代理正在消失。同时,避碰规则力量避免碰撞与附近的代理代理在羊群,而速度同步化规则将推动代理同步速度,朝羊群。最著名的植绒控制器是基于坦纳等人的作品。
植绒的同步运动可以通过本地或全球进行沟通,有明确的沟通,没有沟通(stigmergic)总结如
网络通信主要用于代理之间交换信息状态和附近的代理。关于此事,问题是,最初连接网络不能保证连接在群运动的时间。一旦断开,群运动可以被分离,导致集体植绒的目标没有实现。因此,重要的是要防止羊群分成多个单独的组分离当网络断开连接。关于这个问题,各种各样的研究已经进行了设计蜂拥控制输入的羊群(植绒协议),以确保实现集体目标,同时保留在运动连通性。连接保护植绒可替换主体移动机器人成为一个新的热门区域,和不同的植绒协议提出了包括集中和分散的方法,例如,在[
自代理的连接聚集形成取决于其通信范围内,然后代理之间的通信拓扑可以连接或断开连接受到一个代理在羊群的运动。信号功率的变化也会影响到实际interagent距离由于距离相应地从测量信号功率。关于这个问题,需要一个连接保护机制来保持连接在群运动。方等人在
植绒的形成是植绒的常用的各种实际实现协议,如覆盖控制移动机器人使用,形成多个无人机,合作的移动传感器网络,以及合作的移动机器人,监测系统。因此,形成植绒的设计需要考虑导航功能分离,凝聚力,速度一致,可替换主体网络的连通性。
在本文中,我们的工作是保持网络连接通过一个人工势函数,在植绒协议也可以执行避碰和避障功能。人工势函数被认为是控制李雅普诺夫函数候选人派生作为连续蜂拥控制输入。我们还定义了代数梯度控制器和混合梯度控制器连接到蜂拥控制输入。这是我们的工作的主要区别
本文组织如下。部分
让我们考虑一组点的移动机器人,由<我nline-formula>
我们假设每个代理从传感器获得的地位。每个代理也配备了无线通信网络;因此信息状态可以通过通信网络内交换相邻的代理。
年代t一个te米ent>关于假设
拓扑群的机器人是一个动态的无向拓扑中,表示<我nline-formula>
节点或顶点<我nline-formula>
的边缘或时变通信链接<我nline-formula>
的邻居<我nline-formula>
不失一般性,每个代理严格不是self-communicating代理<我nline-formula>
的邻接矩阵<我nline-formula>
考虑到无向图<我nline-formula>
本文重点是植绒的协议,它的设计可以保持连接的代数图表示。
我们稳定的植绒协议定义为必要条件保持网络的连通性。
<年代t一个te米ent我d="deff2">群机器人代理据说群当所有代理方法相同的速度,其中没有碰撞,这样
植绒的连通性维护拓扑之间的距离大约是由代理在羊群。代理的运动可能会导致连接可以植绒运动期间不可用。因此,我们的问题是设计合作植绒处理协议只使用本地信息来驱动所有机器人代理来达到相同的速度,避免与其他代理在羊群,碰撞避免静态障碍,推动中介目标位置,并保证网络总是连接在植绒,表示<我nline-formula>
本节介绍了人工势函数的设计为目的的目标吸引,避障,interagent吸引和排斥。自从第一次使用(
考虑多重代理机器人移动在配置空间中,定义如下。
<年代t一个te米ent我d="deff3">假设一个机器人在工作空间<我nline-formula>
我们定义了自由的空间,在该区域没有障碍。
<年代t一个te米ent我d="deff4">自由空间<我nline-formula>
鉴于机器人代理在堆栈的位置向量<我nline-formula>
让<我nline-formula>
使用上面的定义中,所有机器人代理必须避免的障碍阻止机器人路线向所需的位置。因此,每个机器人都有执行一个避障功能,由测量机器人代理之间的距离和障碍中心<我nline-formula>
机器人代理<我nline-formula>
使用上面的定义,环境排斥势场是由目标吸引力和障碍,结果在图中进行了描述
本文使用的示例环境模型。目标位置是由最低潜在价值;两座小山代表不同大小的障碍。
我们假设一个代理的感应能力等于其通信半径。假设存在对机器人代理之间的交互<我nline-formula>
让<我nline-formula>
打开磁盘半径是一个覆盖的区域<我nline-formula>
关闭磁盘半径是一个覆盖的区域<我nline-formula>
羊群质心的概念开始在
说明一个代理磁盘半径和质心flockmates之间的吸引力。
远程吸引代理之间发生的羊群。确保机器人代理群的相互吸引,以及所吸引的中心群,一个有吸引力的功能是由测量个体之间的距离和羊群的中心。函数是由羊群定心吸引力
本文使用关闭磁盘覆盖的定义,可能发生在两个interagent距离<我nline-formula>
是用来防止防撞功能<我nline-formula>
Interagent防撞由attract-repel函数实现。两个代理之间的长程吸引力发生羊群。它是确保代理群的吸引了以下功能:
吸引力势函数可以看作是势能代理之间的羊群。
让<我nline-formula>
Interagent防撞由短程排斥力函数,实现制定的代理之间的距离。这个函数的目的是击退邻近代理如果太近;因此,冲突是可以避免的。短程排斥势函数被定义为
排斥势函数可以被视为潜在的能量范围内的代理之间的羊群<我nline-formula>
让<我nline-formula>
我们把吸引和排斥势函数生成attract-repel功能
attractive-repulsive势函数可以保证代理<我nline-formula>
Interagent attract-repel与各种排斥势函数常数<我nline-formula>
本节描述植绒的设计控制器利用控制李雅普诺夫函数。我们使用的李雅普诺夫直接法获得的蜂拥控制输入来自整体人工势函数,在前一节中定义的。读者可以参考(
关于[
我们扩展形成的控制律控制问题(
一个控制李雅普诺夫函数不断正定函数;也就是说,<我nline-formula>
关于定义
从候选人中提取控制输入的李雅普诺夫函数,我们区分所有潜在的功能组件<我nline-formula>
的<我nline-formula>
证明上面的定理,我们认为(
很明显,自(
在本节中,我们目前的分析速度收敛的必要条件稳定的植绒控制器的定义
使用系统(
让<我nline-formula>
让我们考虑系统<我nline-formula>
我们开始下面的定理。
<年代t一个te米ent我d="thm4">机器人代理使用控制输入(
为了证明这个定理,我们重写势函数的总和<我nline-formula>
李雅普诺夫函数的导数<我nline-formula>
通过替换<我nline-formula>
在本节中,我们添加项的梯度代数连接<我nline-formula>
让我们定义以下定理。
<年代t一个te米ent我d="thm5">假设<我nline-formula>
证明这个定理,我们遵循
引理<我nline-formula>
第二个最小的特征值可以书面的形式
我们进一步的代数的梯度连接定义为控制输入如下:
植绒控制器的稳定性进行了分析<我nline-formula>
本节演示了连接的仿真结果保存系统使用稳定的植绒从一节获得的控制输入。仿真验证植绒协议,使用控制李雅普诺夫函数派生而来。常见的算法来模拟多重代理机器人连接保护植绒中描述算法
捕获位置<我nline-formula>
计算<我nline-formula>
构建<我nline-formula>
计算<我nline-formula>
计算<我nline-formula>
计算<我nline-formula>
更新<我nline-formula>
更新<我nline-formula>
所有场景进行Matlab仿真。每个机器人代理的初始位置是随机生成的初始连接拓扑<我nline-formula>
可替换主体植绒没有障碍,
可替换主体与单一障碍,植绒
可替换主体与多个障碍,植绒
可替换主体植绒与代数连接控制器。
可替换主体植绒轨迹没有障碍。
从仿真,可以看出可替换主体图形总是连接在植绒进化。代理的收敛速度是由共识任期中描述的控制输入(
可替换主体速度轨迹没有障碍的场景。
可替换主体机器人轨迹与单一障碍。
可替换主体速度轨迹与障碍的场景。
机器人轨迹仿真期间可替换主体与多个规模障碍图中可以看到
可替换主体机器人轨迹与多个大小多个障碍。
可替换主体速度收敛在多个大小多个障碍。
可替换主体机器人轨迹的10名间谍与多个障碍。
可替换主体机器人轨迹与单个和多个障碍与代数连接控制器。
我们也比较收敛速度的梯度<我nline-formula>
可替换主体速度与多个障碍物的情况。(一)没有<我nline-formula>
多重代理速度收敛的代数连接值在模拟多个大小多个障碍。
本文成功地控制李雅普诺夫函数用于构造蜂拥控制输入连接保存在一群的移动机器人网络代理。我们代理模型作为一个动态的质点,并提出控制策略包括潜在力量和速度一致。几个潜在的力量是为了引导你的邻居代理预定的距离,同时避免碰撞当中,这样可以保证网络拓扑连通性。假设初始植绒拓扑连接,整个植绒拓扑保存连接而障碍和避碰也得到保证。
仿真结果验证了新提议的代数与梯度控制输入连接。从可替换主体植绒的角度来看,这意味着整个控制器可以保持连接的代理,形成凝聚力的多个代理,和匹配速度。植绒为保证目标实现,连接仍保留通过保持植绒的第二个最小的特征值拓扑<我nline-formula>
作者宣称没有利益冲突有关的出版这篇文章。
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