Leader-Followers多机器人编队控制方法

编队控制方法

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编队控制方法是指在多个机器人或飞行器之间实现协同运动和任务完成的技术。这种方法包括了对机器人的位置、速度和加速度进行集中控制，以实现编队内各个机器人之间的协调和合作。

编队控制方法主要分为分布式控制和集中式控制两种类型。分布式控制是指通过机器人之间的本地通信和信息交换，共同完成任务。集中式控制是指通过中央控制器对所有机器人进行集中控制。

在编队控制方法中，关键的技术包括位置估计、运动控制和通信协议。位置估计是指通过各种传感器测量机器人的位置和姿态信息。运动控制是指通过算法和控制器对机器人的运动进行精准控制。通信协议是指机器人之间进行信息交换和决策的通讯协议。

编队控制方法在无人机、机器人和自动驾驶车辆等领域得到广泛应用。通过编队控制，多个机器人可以协同完成复杂任务，提高工作效率和安全性。

基于改进leader-follower策略的AGV多驱动单元协同控制

武星;赵龙;武靖洋;陈华;楼佩煌

【期刊名称】《机械设计与制造工程》

【年(卷),期】2018(047)002

【摘要】针对多个差速驱动单元组成的自动导引车(AGV),提出一种基于虚拟结构法和leader-follo-wer策略的多驱动单元协同控制技术.首先利用虚拟结构法描述AGV车体对驱动单元的刚性约束,建立了多驱动单元AGV的运动学模型;其次提出一种改进的leader-follower策略,通过主leader单元的路径跟踪引导AGV的整体运动,建立了次leader单元和follower单元的协同运动控制率.仿真实验结果表明,follower单元的跟随运动误差显著减小,验证了该协同控制技术的有效性.

【总页数】5页(P35-39)

【作者】武星;赵龙;武靖洋;陈华;楼佩煌

【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016;河海大学机电工程学院,江苏常州213022;南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016

【正文语种】中文

【中图分类】TP242

【相关文献】

1.基于P-DPC的STATCOM/BESS微电网协同控制策略改进 [J], 吴渊军;陈亮;王亚迪;葛愿;王宗跃;陈方静 2.基于差速驱动的AGV驱动单元分析与改进设计 [J], 赵华东;江南;雷超帆

3.基于ROS的多AGV在交叉路口下协同控制策略 [J], 牛秦玉;畅科剑;李珍惜

4.基于领航-跟随策略的跟随AGV协同控制方法 [J], 楼航飞;武星;陈华;楼佩煌

5.基于Leader-Follower策略的双联AGV协同运载控制方法 [J], 楼航飞;楼佩煌;武星;潘天宇;钱晓明

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基于全向机器人编队控制

王钦钊，程金勇，李小龙

(装甲兵工程学院控制工程系，北京 100072)

摘要：提出一种多机器人协同编队方法；根据领航机器人和队形库确定虚拟领航者的位姿参数，将基于领导跟随方法的编队问题转化为跟随机器人对于虚拟领航者的轨迹追踪问题；采用BackStepping方法逐步构造控制系统的Lyapunov函数，使该函数负定，跟随机器人全局渐进的跟踪各自的虚拟领航者；仿真和实物实验验证了该编队方法的有效性与可行性。

关键词：全向机器人；BackStepping；编队；轨迹跟踪

随着机器人应用领域的扩展，单机器人由于自身的局限性，对于复杂的任务和多变的环境而言，能力稍显不足。人们受到鸟类、鱼群、蜂群等生物种群合作行为的启发，逐步开始考虑多个机器人协调协作完成任务。与单机器人相比，多机器人系统具有更强的工作能力，在资源勘探、安全巡逻、智能交通和大型物体运输等方面都有非常广泛的应用前景。

多机器人编队控制是指多个机器人向目标运动的过程中，既能够收敛于特定的队形，又能够适应外界环境约束[1]。目前多机器人的编队控制方法主要有虚拟结构法、领导-跟随方法、人工势场法、基于行为的方法等。基于虚拟结构的队形控制方法结合图论拓扑理论，以刚体上的点引导相应的机器人形成编队，任一机器人故障或者失效都有可能导致编队失败。人工势场法需要对每种队形设定相应的势场函数，复杂队形的势场函数构建比较困难。基于行为方法适应于不确定环境且实现比较简单，但是队形不够精确，难以进行精确的数学描述。领导—跟随方法控制方式较为简单，易于工程实现和编队误差的分析。文献[2]分析了基于行为的编队方法，通过局部感知及较少的通讯信息使得机器人建立并保持相对的位姿关系实现编队。文献[3]将机器人视为虚拟刚性结构上的点，实现了基于虚拟结构的编队控制。文献[4]将虚拟结构法与路径跟踪法相结合，实现了多个机器人的队形控制。文献[5]将队形控制问题转化为机器人对于虚拟机器人的跟踪，但是算法实现要保证内三角关系，不适用于线形等特殊队形。针对机器人的路径跟踪问题，文献[6]采用模糊控制方法使两轮差动机器人跟踪给定路径。文献[7]采用反步法设计差动两轮机器人轨迹跟踪控制器，实现路径有效跟踪。文献[8]针对全向移动机器人轨迹跟踪任务，提出一种鲁棒轨迹跟踪控制方法，减小在控制过程中的扰动。

基于领导者的群体机器人编队及导航控制

陈浩;雷斌;高全杰

【摘要】A consensus algorithm for swarm robots based on leader is

introduced.On the basis of this algorithm,a formation and navigation

control method for swarm robots is proposed.It uses hierarchi-cal control

strategy,and the control system is divided into target layer,leader layer and

follower lay-er.Position information of target point in the target layer is

sent to the leader,and then the leader is impelled to move towards the

target by using the position consensus algorithm.Meanwhile,the lead-er’s

status messages are delivered to his followers in the next layer,and the

formation control algo-rithm based on leader is adopted to control the

leader and his followers moving to the target with the right formation.The

proposed approach can be used to navigate swarm robots system

机器人编队控制算法研究

“机器人”这个名词，随着人工智能技术的快速发展已经不再遥远，甚至成为了我们生活中的一部分。举例来说，在工厂里，越来越多的机器人被投入到生产线上，大大提高了生产效率；在医疗领域，机器人也担负着一些极为重要的任务，如手术。而在研究机器人之间的协调工作中，机器人编队控制算法则扮演着重要的角色。

机器人编队指的是通过控制多个机器人之间的相对位置和速度，形成特定的整体运动模式，常常以V形或直线型方式出现。机器人编队技术不仅可以提高机器人系统的性能和健壮性，还可以在军事、物流、仓储等领域中发挥着重要的作用。

如何使机器人之间协调运动，达到编队状态呢？这就需要探寻合适的控制算法。机器人编队控制算法可分为集中控制和分散控制两大类。

集中控制是指，所有机器人的运动控制由中央控制部分统一进行，每个机器人只需接收到下达的控制指令便可完成相应的任务。它的优点在于控制精度较高、编队形态比较稳定、容易实现协调；但是，当存在故障等意外情况时，影响面较大，可能导致整个编队瘫痪。

分散控制，则是让每个机器人都具有一定的自主决策能力，能够根据自身感知情况进行相应的运动控制，只需局部与邻居机器人进行通信。其优点是编队的健壮性很高，且由于具有较高的自主性，适用于对中央控制要求不高的环境下使用，但是，协调性相较于集中控制稍差。

目前，常用的机器人编队控制算法有领航控制算法、形态刚性算法、虚拟结构算法等。

领航控制算法是最基本的一种算法，它通过在编队中指定一只特殊的领航机器人，其它跟随机器人根据所测得的与领航机器人的距离和方向进行相应的运动控制，在集中控制下的效果较为显著。而形态刚性算法则是尝试寻找一种形态约束，尽量保持编队的整体形态不变，从而完成协调运动。这种算法在分散控制场景下非常实用。

虚拟结构算法则是通过添加虚拟机器人的概念，让机器人之间多一些互动协调。基于虚拟结构的机器人编队算法由于在分散控制方面有着较好的表现，已经成为研究热点之一。在虚拟结构算法中，机器人之间会通过彼此的位置信息，自组织形成一种编队结构，通常为直线或V形。

基于领航者模式的多机器人编队实现

２０１０牟ｇｌｌ期　

中图分类号：ＴＨ１６６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２５５２（２０１０）１１—００１７—０３　

基于领航者模式的多机器人编队实现　

张玉礼，吴怀宇，程　磊　

（武汉科技大学信息科学与工程学院，武汉４３００８１）　

摘要：在讨论机器人的动力学模型和运动学模型的基础上，通过构建虚拟机器人实现领航者　机器人和跟随者机器人之间系统的对接。领航者机器人通过不断更新自身信息实现到达预定轨　

道。跟随者机器人通过获取虚拟机器人信息来调整自身位姿，实现了保持与领航者的相对位姿。　通过ｍａｔｌａｂ仿真验证了编队策略的正确性和稳定性。　

关键词：多机器人编队；领航者模式；运动学；动力学；虚拟机器人；ｍａｔｌａｂ　

Ｍｕｌｔｉ．ｒｏｂｏｔ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｌｅａｄｅｒ．ｆｏｌｌｏｗｅｒ　ｍｏｄｅ　

ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ．１ｉ，ＷＵ　Ｈｕａｉ，ｖｕ．ＣＨＥＮＧ　Ｌｅｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｒｎｇ，Ｗｕｉｍｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｆｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００８１，　）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｗｏ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｅａｄｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｆｏｌｌｏｗｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ａｔｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｋｉｎｅｍａｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ，ａｒｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｃｒｅａｔｉｎｇ　ａ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｒｏｂｏｔ．Ｔｈｅ　ｌｅａｄｅｒ　ｒｏｂｏｔ　ｒｅａｃｈｅｓ　

ｔｈｅ　ｄｅｓｉｒｅｄ　ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ　ｂｙ　ｕｐｄａｔｉｎｇ　ｉｔｓ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｅｒ　ａｄｊｕｓｔｓ　ｉｔｓ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｒｉｅｎｍｔｉｏｎ　ｔｏ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｂｙ　ｇｅｔｔｉｎｇ　ａｃｃｅｓｓ　ｔｏ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　

多移动机器人编队控制

基于Multi-Agent的多机器人编队控制

摘要：多移动机器人协调是当前机器人技术的一个重要发展方向。多移动机器人之间的协调与合作将大大提高机器人行为的智能化程度，完成由单个机器人难以完成的更加复杂的作业。多移动机器人协调技术的研究对提高机器人的智能化水平及加快机器人的实用化进程具有重要的理论研究意义和实用价值。本文结合多智能体技术对多机器人编队控制进行了研究，同时根据具体的多机器人系统，进行了仿真实验。验证了多智能体技术在机器人编队控制系统中的应用，完成了小规模的编队控制。

关键词：多智能体；多机器人；编队控制；协调控制；模糊控制

Multi-robot Formation Control Based on Multi - Agent

Abstract : The problem of multi-robot cooperation and coordination is central to mobile

robotics. Cooperation and coordination will improve the intelligent performance of

robots and can complete lots of impossible missions for single robot.The research on

multi-robot cooperation and coordination is of great academic and applied significance.

The multi-robot formation is developed combined with the multi-agent technology in

this dissertation, and the simulation is done with the multi-robot system. The application

基于纯角度观测信息的leader-followers机器人编队控制方法

２０１５年４月　第３３卷第２期　西北工业大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ａｐｒ．２０１５　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．２　

基于纯角度观测信息的ｌｅａｄｅｒ—ｆｏｌｌｏｗｅｒｓ　

机器人编队控制方法　

韩青，孙树栋，智睿瑞　

（西北工业大学机电学院现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安７１００７２）　

摘要：提出一种纯角度观测信息的ｌｅａｄｅｒ．ｆｏｌｌｏｗｅｒｓ多机器人编队控制方法．多个跟随机器人（ｆｏｌｌｏｗ．　

ｅｒｓ）仅观测其领航机器入．（１ｅａｄｅｒ）角度信息；基于非线性系统可观测性的理论研究，这种纯角度观测　

信息能够满足ｌｅａｄｅｒ—ｆｏｌｌｏｗｅｒｓ的可观测性要求；利用无迹卡尔曼滤波算法对ｌｅａｄｅｒ—ｆｏｌｌｏｗｅｒｓ机器人系　

统的状态进行估计，根据状态估计结果设计了输入一输出状态反馈控制规律控制跟随机器人运动，以　

达到理想的编队效果。仿真验证了该方法的可行性。　

关键词：算法；角速度；控制；实验；反馈控制；卡尔曼滤波；数学模型；ＭＡＴＬＡＢ；矩阵代数；非线　

性系统；机器人；轨迹；速度；编队控制；ｌｅａｄｅｒ—ｆｏｌｌｏｗｅｒｓ编队控制及可观测性；移动机器　

人；无迹卡尔曼滤波；无迹卡尔曼滤波算法与输入一输出反馈控制规律　

中图分类号：ＴＰ２４　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００．２７５８（２０１５）０２—０２４４—０７　

多移动机器人系统具有广泛的应用前景，是近　

年来机器人研究热点，一些研究成果已经在工业实　

际中得到广泛应用。已从传统的工业领域扩展到医　

疗服务、教育娱乐、勘探勘测、生物工程、柔性制造、　

救灾救援等新领域，并快速发展［１］。其中，多机器　

人编队控制是多机器人研究的一个难点，尤其是在　

观测信息非常有限的情况下，多机器人的编队控制　

具有很强的非线性系统特性。　

目前，多机器人编队控制算法主要包括虚拟结　

构（ｖｉｒｔｕａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）法　、基于行为（ｂｅｈａｖｉｏｒ．　

一种多机器人编队控制策略及实现

尚会超;陈毛倩

【摘要】Recently, in many research questions based on multi-robot

cooperation system, formation problem is a widespread and relatively

typical kind. In order to analyze the current problems within formation

control, a formation method called“Leader-Virtual follower Method” is

adopted in this paper that based on kinematics, it also is improved in

tracking control and correction, then it is proved that the improved

algorithm can achieve better result of formation through the MATLAB

simulation and the HR-I two-wheel with different velocity mobile robot

experimental platform vali-dation.%针对多机器人协作系统中机器人编队控制问题，采用了一种基于运动学的领航-虚拟跟随法的编队方法，并在跟踪控制方面对算法进行了改进和修正。 MATLAB软件仿真以及在HR-I型双轮差速移动机器人实验平台上的实验证明，改进算法能够达到更好的编队效果。

【期刊名称】《中原工学院学报》

【年(卷),期】2015(000)003

【总页数】7页(P6-12)

【关键词】多机器人;编队;跟踪控制;MATLAB仿真

特定领航者模式的多机器人编队控制方法

第２２卷第９期　２０１５年９月　电光与控制　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｏｐｔｉｃｓ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖｏ１．２２　Ｎｏ．９　Ｓｅｐ．２０１５　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—６３７Ｘ．２０１５．０９．０１６　

特定领航者模式的多机器人编队控制方法　

杜柏阳，　张国良，　孙一杰，　徐君　

（第二炮兵工程大学，西安　７１００２５）　

摘要：针对特定领航者模式的多机器人系统稳定性问题，提出了一种基于一致性的编队控制算法。考虑系统的各　个状态都能够收敛到期望的定常相对值，利用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论和矩阵理论，推导出了该类方法使多机器人编队　系统达到一致的充分条件，得到设计该条件下系统一致性协议的约束。随机设置了特定领航者模式的通信拓扑关　系，利用上述推导获得的充分条件，进而对该算法收敛性进行分析，并针对该模式给出一个满足条件的算法。数值仿　真验证了所提算法的有效性。　关键词：编队控制；领航者模式；稳定性分析；多机器人系统　中图分类号：ＴＰ２４２　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—６３７Ｘ（２０１５）０９—００７２—０５　

Ａ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｍｕｌｔｉ．Ｒｏｂｏｔ　

Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ａ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｌｅａｄｅｒ　Ｍｏｄｅ　

ＤＵ　Ｂｏ—ｙａｎｇ，　ＺＨＡＮＧ　Ｇｕｏ－ｌｉａｎｇ，　ＳＵＮ　Ｙｉ－ｊｉｅ，ＸＵ　Ｊｕｎ　（Ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ａｒｔｉｌｌｅｒｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００２５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｌｅａｄｅｒ　ｍｏｄｅ，ｗｅ　ｄｅｒｉｖｅｄ　ａ　ｔｙｐｉｃａｌ　

ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ．Ｌｙａｐｕｎｏｖ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｍａｔｒｉｘ　ｔｈｅｏｒｙ　