“多机器人系统分布式协同控制”专栏征稿

<正>机器人在民用及工业生产中得到广泛的应用,是一类典型的非线性系统。过去20年,单个机器人控制及应用取得了极大成功。随着应用领域的拓展,医疗服务、军事和制造业等领域中多个机器人协同情况逐渐增多。多机器人协同不仅能够增强机器人系统的灵活性,而且能够完成单个机器人无法完成的任务。分布     

基于分布式的开放式移动机器人平台的设计

研究适合网络控制的机器人系统结构、接口方式、硬件结构和机器人控制方式等等，将为机器人在这方面的应用起到积极的推动作用。然而，目前对这种特殊机器人的硬件结构本身的研究却相对比较缺乏。本文提出了设计一种适合网络控制的小型机械臂系统与移动机器人，描述了通用、开放、分布式控制的即插即用机械臂和高度可扩展的移动机器人控制平台，并探讨了它们在网络机器人及其他场合的应用。     

一种新型智能机器人控制系统设计

为异构式多智能体机器人协作研究,设计并实现了一种基于32位嵌入式系统的分布式控制系统。针对传统封闭式控制系统的弊端,采用了开放式模块化的硬件结构,在ARM核心模块基础上通过IIC总线扩展功能模块。功能模块以AVR单片机为核心,独立完成模块功能。软件系统采用了混合式体系结构,应用模块在嵌入式Linux平台上使用自顶向下分层设计,以多任务和基于TCP协议的可靠多机器人通讯机制管理各功能模块,并引入Python脚本解决任务策略变换的灵活性问题。采用了黑板和点对点相结合的多机器人协作通信模式。实验证明,该系统具有良好的开放性,为异构设计、功能扩展、人机混合控制和多机器人协作提供了可靠的平台。     

基于MAS的分布式协同设计任务冲突处理研究

任务分解与冲突控制是网络分布式环境下进行产品并行设计的关键．通过收集产品各领域的指标约束与关系约束来构建基于约束网络的产品参数协调模型，采用区间描述设计变量的不确定性信息，并将区间算法与基因算法相结合实现了一致性模型求解框架，使用该方法能够检测潜在冲突，得到与给定产品指标相对应的设计变量可靠解空间，进而辅助设计人员决策。同时采用Agent技术对协同设计中多群体多层次的设计任务和设计进程进行管理和控制，建立了以项目和任务为中心的协同设计Agent模型，研究了模型共享、协同设计agent、并发控制机制等关键技术，构建了一个基于多Agent的分布式实时协同设计原型系统应用实例说明了其有效性。     

多机器人系统的关键技术研究

由于机器人的应用越来越广，机器人也从单一机器人系统应用到多机器人系统应用．阐述了多机器人系统的特点以及设计多机器人系统需考虑的基本问题，着重讨论了多机器人的特点、所能完成的任务、社会特征、个体应具备的能力、通讯问题及学习问题。     

露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运方法研究

针对露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运问题,建立了由控制中心、无线网关和无线传感器组成的无线传感器网络来控制多个机器人协同工作。为了实现高效的合作,以任务完成时间衡量机器人的合作效率,提出了基于效率最优的任务分配机制,采用蚁群算法,由控制中心进行集中式任务分配,并通过无线传感器网络告知机器人,实现了多机器人合作。利用无线传感器节点的定位信息,采用基于到达时间差的定位方法实现了机器人定位,使得机器人可在露天煤矿自主搬运煤矿。搭建了无线传感器网络,并用Pioneer III机器人和能力风暴机器人模拟煤矿搬运,模拟结果证明提出的方法可以实现露天煤矿下多机器人的协同控制,使机器人在最短的时间内完成任务。     

弱通信条件下多机器人编队控制及稳定性分析

为消除弱通信因素给多机器人编队控制系统带来的影响,基于一致性理论,提出了一种时延依赖的分布式编队控制算法.利用编队图描述机器人群体内部的网络拓扑结构,通过图的矩阵表示,基于矩阵论和控制理论研究具有通信时延的多机器人系统形成稳定的期望编队的条件.根据Lyapunov稳定性定理,得到了线性矩阵不等式(LMI)形式的时延独立和时延依赖的稳定条件,并在此基础上进一步证明采用的控制方法能够保证多机器人系统全局渐近地收敛至期望队形和期望速度.最后,通过一个多机器人编队实例对控制算法和结论进行验证.结果表明在满足系统稳定条件下,所采用的编队控制算法能够保证多机器人系统形成稳定的期望编队.     

露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运方法研究

针对露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运问题,建立了由控制中心、无线网关和无线传感器组成的无线传感器网络来控制多个机器人协同工作.为了实现高效的合作,以任务完成时间衡量机器人的合作效率,提出了基于效率最优的任务分配机制,采用蚁群算法,由控制中心进行集中式任务分配,并通过无线传感器网络告知机器人,实现了多机器人合作.利用无线传感器节点的定位信息,采用基于到达时间差的定位方法实现了机器人定位,使得机器人可在露天煤矿自主搬运煤矿.搭建了无线传感器网络,并用Pioneer III机器人和能力风暴机器人模拟煤矿搬运,模拟结果证明提出的方法可以实现露天煤矿下多机器人的协同控制,使机器人在最短的时间内完成任务.     

基于VC++与PMAC的机器人控制软件的开发

以IPC+DSP作为六自由度工业机器人的控制器,设计了一种基于可编程多轴控制器PMAC(ProgrammableMulti-Axis Controller)的开放式机器人控制系统.采用Visual C++编制控制程序,将机器人系统中管理、控制功能的实现分为若干个模块,负责底层伺服驱动的函数利用PMAC运动语言编写,可直接调用.整个控制软件能完成数据及运动状态显示、伺服驱动、机器人路径规划及定位等任务.实践证明该机器人控制系统运行平稳.     

温度控制器自动装配机的研制

介绍了一个自动装配机系统，该系统使用了一个ＡＨＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＨａｎｄＣｈａｎｇｅｒ）装置，实现了一个机器人可完成多项不同的工作。在该系统中成功地将柔顺（Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）控制应用到机器人控制系统中去，从而实现了柔软导线准确地装配。     

多机器人系统的研究现状及发展

随着机器人的应用方式正在由部件式单元应用向系统式应用方向发展,本文提出了由多机器人构成的群体的控制问题。说明了多机器人系统的研究进展及现状,对该领域内目前的研究内容作了分析和介绍,并且阐述了多机器系统未来的研究方向。     

多机器人多工位码垛系统的实现与优化

本文主要介绍了一个柔性生产线多机器人多码垛位的应用实例。系统同时采用2台码垛机器人、4个码垛位完成柔性生产线末端码垛任务。系统中由PLC完成过程控制、机器人通信工作,由上住机完成信息处理及目标码垛位的分配。文中详细介绍了竞争算法实现码垛位分配原则,该算法简洁,易实现,易调试。实际应用表明系统调试方便,运行稳定。     

基于P2P的协作式入侵检测系统研究与设计

目前分布式入侵检测系统是目前入侵检测乃至整个网络安全领域的热点之一.P2P网络中的对等主机能够有效的共享资源和协同合作,因此本文将P2P技术应用到入侵检测系统中,实现了入侵检测任务的完全分布化,使得系统各单元之间不存在固定和层次化的从属关系,各单元可主动要求其它单元协助以完成检测任务,并且不会因为单个节点的崩溃而导致系统的瘫痪,在一定程度上能够快速预防网络入侵.     

多机器人系统的研究现状及发展

随着机器人的应用方式正在由部件式单元应用向系统式应用方向发展,本文提出了由多机器人构成的群体的控制问题。说明了多机器人系统的研究进展及现状,对该领域内目前的研究内容作了分析和介绍,并且阐述了多机器系统未来的研究方向。     

分布式多机器人协作研究与仿真

描述了一个分布式多机器人完成推箱子或其他任务的协作仿真平台．仿真系统可以用来试验机器人队伍的控制决策、团队组织原则．机器人可以通过环境进行协商，以简单的消息互相通讯．机器人通过传感器信息感知世界，并根据感知序列确定机器人行动．三维视图实时显示了机器人的运动状态，小地图显示了机器人的路径．     

分布式群体飞行机器人对接系统设计及自组装控制策略

介绍了一款由多个机器人模块组成的分布式群体飞行机器人系统DSFR(DSFR,Distributed Swarm Flying Robot),机器人模块可以在地面自主移动,相互自组装并形成一个整体的机器人构型进行空中飞行.文章主要介绍了DSFR的对接系统设计和自组装控制策略,提出了一种用于机器人构型描述的广义邻接矩阵.在对接系统的设计和构型描述矩阵的基础上,通过DSFR机器人的自组装控制实验展示并验证了相关设计和控制策略的可行性.     

双臂空间机器人系统动力学与关节运动的非线性反馈控制

利用拉格朗日方程建立了漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程,给出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人关节运动的非线性反馈控制规律.结果表明,在系统动力学模型及参数较精确确定情况下,本文提出的控制方案能够有效地控制双臂空间机器人系统完成关节空间的指定运动,而不需对其载体的位置、姿态进行主动控制.仿真计算结果证实了方法的有效性.     

4腿机器人足球比赛的通信机制及协作控制

针对4腿机器人足球比赛中机器人的通信机制及协作控制等问题,提出了一种新的完整的分布式多主体系统控制方法,包括通信控制、路径规划以及动态角色分配.该方法通过启发式投标函数进行任务分配,通过电场法表示抽象的环境信息.协作控制中不必进行大量的计算,主体之间不必频繁地进行数据交换.该方法能够满足比赛动态性和不确定性的需要,并在实际比赛中得到了很好的验证.     

机器人网络遥操作仿真系统设计

建立了机器人的运动学模型，然后基于Delphi开发平台，应用OpenGL强大的图形功能，建立了主、从式机器人三维仿真模型：并在此基础上根据系统体系结构设计思想对机器人遥操作仿真系统进行设计，开发出一套基于网络的机器人遥操作仿真系统。并且对Delphi中网络控件TclientSockel和TserverSocket进行编程，实现了机器人控制命令和反馈数据在局域网上的实时双向传输，从而完成了主从式机器人的网络遥操作。仿真实验结果表明，该仿真系统是准确可行的。     

多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法研究

针对传统机械手腕关节控制方法稳定性低和灵活性差的弊端,提出一种新的多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法。介绍了多自由度机器人关节系统,按动力学系统组建机械手腕关节的动力学模型,采用拉格朗日方法获取动力学方程。介绍了PD手腕关节位置控制方法,在此基础上通过改进纯积分力控制方法实现多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制。分析了机械手腕关节混合位置/力矩控制过程,通过差动机构控制两个驱动器,使其完成机械手腕关节外展/内收和伸展/翘曲两个自由度,提高机械手腕控制灵活性。实验结果表明,所提方法控制精度和稳定性高,能够保证机械手腕关节的灵活性。