具有动态拓扑有领航者的多智能体群集运动控制

对具有二次积分的动态多移动智能体在动态拓扑下跟随领航者取得群集运动编队进行了研究.引入了光滑的邻接矩阵以及光滑的势场函数,提出了多移动智能体群集运动的光滑控制器设计方法,运用现有群集运动理论和经典的李雅普诺夫稳定性理论,证明了多移动智能体系统群集运动的稳定性.分析表明:智能体网络在切换的情况下,该方案设计得到的控制输出仍然是光滑的,最终智能体群在领航者的带领下取得群集运动.计算机仿真实例验证了所得结论.     

一致环境下多智能体系统的群集算法

针对一致环境下智能群体的群集运动控制算法进行了研究.在群中智能体感知范围有限的情况下,群体拓扑图是动态变化的,假设群体拓扑图时刻保持连通,且群中所有智能体受到外界环境的影响是一致的,通过引入光滑的势场函数,设计了群集控制算法,运用李雅普诺夫稳定性理论,证明了多智能体能取得群集运动,仿真实例验证了算法的有效性.     

一种基于混合智能体系统的Flocking算法

对由多个具有二次积分动态、通信半径不同的智能体组成的混合群体跟随领航者取得flocking运动进行研究.针对不同智能体的通信半径存在个体差异这一现象,提出一种分散控制算法.该控制策略能够保证混合智能群体跟踪一个速度固定的虚拟领航者,形成紧凑、无碰撞的队列且各智能体的速度最终收敛于领航者的速度.最后给出了算法可行性的理论分析,并针对20个具有不同通信半径的智能体跟随一个速度固定的虚拟领航者的情形给出了计算机仿真,验证了算法的可行性.     

稳定的有领航者的多移动agent群集运动控制

对具有二次积分动态的多移动agent跟随领航者（Leader）取得群集（Flocking）运动编队进行了研究．提出了一个分散控制方法对多移动agent进行分散控制,并通过理论证明得到以下主要结论：a．所有agent速度方向收敛到同一方向并与领航者保持一致;b．所有agent速度大小收敛并与领航者相同;c．互连的agent之间没有碰撞发生;d．所有agent的人工势场函数被最小化．用图论模型表示agent之间的相互作用及通信关系,对固定的网络拓扑,控制互连拓扑是固定的、时不变的,运用传统的李亚普诺夫理论进行了稳定性分析．最后,给出了一个计算机仿真例子对所得结论进行了验证．仿真结果表明,控制策略可以保证所有agent的速度大小和方向收敛到与Leader保持一致,同时避免碰撞,并保持一个紧凑的编队．     

异构智能群体跟踪控制

对智能群体(swarm)跟踪领航者(1eader)进行了研究.提出了一个混杂控制方法,使智能群体中各个智能体的运动状态渐近地收敛到时变的参考轨迹.用图论模型表示智能体之间的相互作用或通信关系,基于异构的智能群体,建立了动态的有向网络模型.运用矩阵分析法及传统的控制理论进行了稳定性分析,从理论上证明了系统的跟踪误差渐近收敛到零.给出了智能群体跟踪时变参考轨迹及到达集合点(rendezvous)的计算机仿真示例,仿真结果证实了该方法的有效性.     

采用广义线性局部交互协议的二阶多智能体网络一致性

多智能体系统的主要研究目的在于探索由个体之间的相互作用所产生的群体协调现象的内在机制和原理。该文设计出一种广义局部线性交互协议,对固定有向网络拓扑条件下的二阶多智能体网络系统的一致性行为进行了深入研究,得到了一个能保证多智能体网络达到一致的充分必要条件。并且,还确定了多智能体网络系统在达到一致时,最终的收敛状态由协议的线性增益、有向网络拓扑和所有智能体的初始值位移状态共同决定。最后,采用5个智能体组成的网络拓扑进行数值仿真,阐释了理论分析结果。     

基于主智能体的群体学习算法GLBMA

以机器人足球比赛（RoboCup）为背景,基于主智能体和辅助智能体概念,提出了基于主智能体群体强化学习算法（GLBMA）,该算法通过主智能体和辅智能体的角色切换来实现整个团队的学习,改进了传统的群体强化学习算法。RoboCup仿真比赛试验表明,传统群体强化学习算法中的行为学习状态空间过大,连续状态空间的行为选择及多智能体合作求解等问题得到了解决．     

一种面向多智能体群集的避障算法

多智能体群集中的避障问题是研究的难点问题,每个智能体需要安全避开障碍物并朝着目标点前进.根据现有的基于人工势场函数的群集算法,提出一种改进的具有避障能力的群集算法.在该算法中,将障碍物等效成虚拟智能体进行避障.智能体感知到障碍物后,不是立即采取避障措施,而是将智能体的速度方向和目标点考虑在内,根据智能体不同的速度方向和目标点的位置,采取不同的避障措施.经理论分析与实验验证,表明所提出的算法能够有效地躲避障碍,并且在避开障碍物后更快地达到群集.     

具有通讯约束的多智能体系统的双向一致性

为了解决现实网络中既有协作关系又有竞争关系的智能体间的信息交流不可能完整地进行,会因一些现实因素而在传输过程中部分丢失的问题,将系统的双向一致性问题转化为误差系统的稳定性问题,利用Lyapunov理论以及线性矩阵不等式理论研究具有通讯约束的多智能体系统的双向一致性问题;提出系统的双向一致性协议,并对每个智能体的位置状态和速度状态最终分别趋于时变双向一致进行证明。结果表明,具有通讯约束的多智能体系统可以实现双向一致,数值实例证明了所提出的双向一致性协议的有效性。     

等级制度下带有白噪声的群集运动

研究了等级制度下带有白噪声的群集运动。首先提出了等级制度下带有白噪声的模型,然后利用伊藤公式、数学归纳法和数学期望的性质证明了当噪声强度满足一定的条件,时间趋于无穷大时,等级群体可以达到群集运动。最后,通过数值仿真给出了群集受到噪声影响后的状态图和误差图的例子。实验结果证明了结论的正确性。     

基于波变量的力反馈遥操作研究

设计了一个基于波变量的带力反馈的主从式遥操作系统.引入波变量保证系统在操作过程中的稳定性.以虚拟环境中灵巧手的位姿代替实际力作用方向的位移,用于虚拟力计算;使用事先实验获得的实际材料接触力特性数据进行虚拟力外推.仿真实验结果表明,该方法能给操作者提供连续的力反馈,保证了较高的透明度和刷新率.     

基于多体理论的虚拟血管缝合分析

针对传统主从式医疗机器人在客观爷件限制的情况下很难实现主从手之间的实时力反馈的问题，提出了通过虚拟现实技术实现虚拟力反馈以替代真实力反馈的方法．以“妙手”系统为研究对象，在建立显微外科手术血管缝合过程中缝合线力学模型的基础上，根据多体系统动力学理论，对由人、互感装置和虚拟环境组成的广义多体系统进行了动力学分析，由凯恩方程建立了该系统的动力学方程．通过主手的仿真数据与从手缝合过程检测数据对比分析可知，主手和从手有相同的运动特性、证明借助虚拟环境的力反馈作用，操作者通过主手可以真实地感受到从手的运动特性．     

基于改进势场法的移动机器人避障路径规划

分析了机器人路径规划方法中的人工势场法的不足,提出了改进势场法.该方法改进了斥力函数,增加了安全距离并将障碍物的影响距离根据障碍物的密集程度设置成一个动态值,并解决了抖动问题.针对局部极小问题采用虚拟障碍的概念,虚拟障碍是靠近局部极小点,用于把机器人从局部极小点区域驱逐出去,从而脱离局部极小并成功绕过障碍物到达目标点.改进势场法成功地应用于未知复杂环境下移动机器人的路径规划中,仿真实验证明了该方法的正确性和有效性.     

七自由度冗余仿人臂的障碍实时回避

针对具有末端位姿约束的仿人臂,给出一种实现障碍回避的新方法。将障碍物和仿人臂假想为带电体,处在障碍物构成电场中的仿人臂将受到虚拟电场力的作用。用力学方法将该虚拟作用力分解到各关节,并以分解后虚拟力为指标实时地选择一冗余关节,对该关节构成力反馈,实现障碍的实时回避。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,将冗余度机械臂转化为非冗余度机械臂,直接给出位置形式的逆解。     

磨料水射流中磨料颗粒的受力分析

对磨料水射流中磨料颗粒的受力进行了分析，采用量级比较和典型函数法重点研究了Basset力、虚拟质量力、Magnus力和Saffman力与Stokes力的相对重要性。结果表明，对磨料水射流进行模拟研究时，必须考虑惯性力、重力、压差力和Stokes力对磨料颗粒运动的影响。当磨料颗粒在喷嘴的收缩段和直柱段中运动时，磨料颗粒所受的Basset力、虚拟质量力与Stokes力处于同一量级，对磨料颗粒的运动影响很大，不可忽略；随着时间的推移，当磨料颗粒从喷嘴射出后，磨料颗粒所受的Basset力、虚拟质量力与Stokes力相比要小得多，对磨料颗粒的运动影响很小，可以忽略；磨料水射流喷嘴外流场中，流体粘性的存在限制了磨料颗粒的旋转，磨料颗粒所受的Magnus力比Stokes力小得多，可以忽略；在喷嘴外的自由射流区域，由于流速梯度沿径向变化较慢，磨料颗粒所受的Saffman力同Stokes力相比也可以忽略。     

基于虚拟斥力的多机器人遥操作算法的研究

针对多机器人遥操作系统多机器人协作中易于发生碰撞的问题,提出基于虚拟斥力的方法实现实时避碰.在每个机器人的周围预先设定安全区域,当有障碍侵入安全区域时,机器人与障碍之间产生虚拟斥力,迫使机器人的轨迹发生调整远离障碍.基于弹簧、阻尼系统建立虚拟斥力模型,将虚拟斥力作为机器人的扰动力,根据障碍类型给出机器人的避障调整函数.利用Rx60、Rx90两个机器人进行遥操作协作实验,实验结果表明基于虚拟斥力的实时避碰算法能够简单而高效地保证协作作业的安全性.     

基于虚拟力和果蝇优化算法混合控制水声传感器网络部署策略

提出了基于改进的虚拟力和果蝇优化(Virtual Force and Fruit Fly Optimization,VFFO)算法混合控制水声传感器网络部署优化的方法.该方法首先通过虚拟力算法对传感器节点的初始部署进行优化,以得到较好的初始部署状态;然后通过改进的果蝇算法对水声传感器网络进行重部署,同时分析了算法的移动部署能耗问题.仿真结果表明,该算法在相同能耗下能够得到更高的网络有效覆盖率.     

挖掘机虚拟载荷下换向阀开启过程的液动力分析

为了提高换向阀开启过程的换向性能,以降低该过程的液动力为目标,提出液压挖掘机虚拟载荷下开启过程的阀芯结构形态设计方法:以液压挖掘机整机动态性能试验数据为基础,将其作业的周期性、随机性载荷特征抽象为具有统计特性的虚拟载荷;再以虚拟载荷为边界条件,以降低开启过程阀芯所受液动力为评价标准,分析不同阀芯结构形态的流固耦合动力学响应,探讨换向阀阀芯结构优化设计方法.结果表明,合理等效阀口面积的U型槽结构可有效降低不同虚拟载荷下的阀芯液动力.     

一种用于力觉再现的柔性体变形仿真弹簧-质点模型

提出一种新型的在虚拟现实中可实现的弹簧-质点力/变形模型.它按质点连接顺序划分层次,以受力网格为第1层,构建类似同心环状的弹簧-质点系统.施力刚体以点接触的方式与柔性体进行力交互作用.运用虚功原理,结合施力刚体与受力柔性体组成的系统中虚拟力和质点位移的关系,区别于以往对局部变形的研究,对柔性体进行全局变形分析.柔性体变形是整个柔性体表面质点在力平衡条件下位移变化累加的结果.利用DELTA 手控器对柔性体的接触变形以及实时虚拟力反馈进行仿真,实验表明所提出的方法适用于柔性体的力反馈计算,满足精细作业对虚拟现实系统的要求.     

波浪滑翔器编队避障方法

波浪滑翔器是一种可以长期工作的新型海洋机器人,主要应用于海洋环境的探测与数据采集。波浪滑翔器编队可以扩展单台设备的能力同时提高任务的效率。本文利用领航跟随者法结合人工势场法,提出了多波浪滑翔器编队的避障方法。通过领航跟随者形成波浪滑翔器编队的同时引入间距势能场,来实现编队队形的保持。人工势场作用下的波浪滑翔器编队被视为一个虚拟的多体系统,受到来自人工势场的虚拟力的约束。针对人工势场法的局部最小域问题,引入沿障碍物切线方向的引力,打破平衡状态,解决了局部最小域问题。最后通过仿真实验验证了所提方法的有效性。