移动机器人队形控制研究进展与关键技术

"移动机器人队形控制关键技术及其进展 (2013年)" 本文详细探讨了移动机器人队形控制的关键技术和最新进展，重点关注地面移动机器人在多机器人协作中的编队控制问题。作者首先概述了国内外在多机器人队形控制领域的研究现状，强调了系统结构、机器人模型、队形形状表示方法、参考框架以及编队控制策略等方面的重要研究内容。 系统结构方面，研究涉及如何设计分布式或集中式的控制系统，以确保机器人之间能够有效地通信和协作。机器人模型通常包括动力学模型和运动学模型，这些模型对于理解和预测机器人的行为至关重要。队形形状表示方法则涵盖了多种几何和数学方法，如向量表示、矩阵表示和图论方法，它们用于定义和描述理想的队形配置。 在参考框架方面，研究者们使用不同的坐标系来描述机器人的位置和运动，例如全局坐标系、局部坐标系或相对坐标系。这些框架的选择影响着编队控制策略的设计，以确保机器人能够按照预定路径保持队形。 编队控制策略则包括一系列算法，如基于距离的控制、基于领导者的控制和基于虚拟结构的控制等。这些策略确保机器人能够根据预设规则进行动态调整，以实现队形保持、跟踪、变换和避障等功能。 在队形控制的子问题中，队形形状生成是确定初始和目标队形的过程；编队跟踪与协调关注的是机器人如何协同移动以跟踪一个或多个目标；队形变换与重组是指机器人在不破坏整体队形的情况下改变相对位置；而编队避障则涉及到机器人如何在遇到障碍时调整路径，同时保持队形完整。 文章最后提出了未来研究的方向，包括建立统一有效的编队控制框架，这将有助于简化控制问题并提高控制效率。在障碍环境下进行队形优化变换是另一个挑战，需要开发能够快速响应复杂环境变化的策略。此外，降低系统的通讯需求可以减少对硬件和能源的依赖，使大规模编队控制成为可能。最后，将编队控制技术应用于实际物理环境，如搜索与救援、物流配送等领域，是推动这一领域发展的重要驱动力。 通过这篇论文，读者可以了解到移动机器人队形控制的复杂性和前沿研究趋势，为相关领域的研究提供了宝贵的理论基础和实践指导。