基于复杂网络理论多机器人编队控制

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1、StudyonFormationandObsatacleAvoidanceofMulti-RobotSystemBasedonComplexNetworksTheoryThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByHeJinxuanSupervisor:Prof.JiangGuopingFebruary2013摘要近几年来，伴随着不同学科领域专家对复杂网

2、络的深入研究，引起了人们的广泛兴趣。复杂网络理论研究不断深入，复杂网络在实际中的应用也成为研究热点。多机器人系统比单个机器人有更多的优点，当机器人数量庞大时，为了能更好地研究多移动机器人系统的编队控制和队形保持，可以借助复杂网络的理论进行研究。把每个移动机器人看作网络中的一个节点，而机器人之间的感知和互相通讯关系作为边，那么多移动机器人系统就可以看作一个复杂网络。所以将复杂网络同步理论及其同步方法应用在多移动机器人协作中，是一个非常重要的研究课题。本文首先介绍跟随领航者结构的两个三轮机器人模型，对于

3、几种现有的机器人路径规划方法，对现有的控制方法进行改进使其能更好地完成编队，提出利用跟随领航者算法，实现两个机器人编队同时实现避障。然后介绍复杂网络同步方法在多机器人系统中的应用，对于最近邻网络和星形网络队形的机器人系统进行分析，给出动态同步控制律的设计方法，解决多机器人的跟踪问题。接着，介绍了利用人工势场法解决多移动机器人在未知环境下的避障问题，对于一些特殊位置以及特殊相对运动时出现的问题，改进了人工势场法，并结合复杂网络同步方法，实现多移动机器人系统的路径规划。最后进行相应的系统仿真和分析，证明

4、算法的正确性。关键词:复杂网络，机器人，编队，避障IAbstractInrecentyears,withthewidespreadattentiononthestudyofcomplexnetworksindifferentscientificfields,thetheoryofcomplexnetworknotonlyexistsinthefieldofmathematics,butalsobecomesanewhottopicinpracticalapplication.Multi-robots

5、ystemhasmoreadvantagesthansingle-robotsystem.Whentherearealargenumberofrobots,wecanstudytheformationcontrolandkeepingofthemultiplemobilerobotssystembetterwiththehelpofthecomplexnetworktheory.Eachmobilerobotisregardedasanodeinthenetwork,andtherobotperce

6、ptionandcommunicationrelationshipswitheachotherastheedge,thenthemobilerobotsystemcanberegardedasanetwork,andthecouplingtopologycanalsoberepresentedbyanetwork.Soitisaveryimportantresearchtopicofusingthecomplexnetworksynchronizationinmultiplemobilerobots

7、cooperation.Firstly,thisdissertationintroducesthetworoundrobotofthemodelofleader-followerstructure.Forseveralexistingrobotpathplanningmethod,wecanimprovetheexistingcontrolmethodssothatitcanbetterfulfilltheformation.Inthepreviousstudy,theleader-followin

8、gmethodisusedonlyformultiplerobotsformationcontrol,butthisdissertationshowsthatthismethodcanalsobeusedforobstacleavoidancecontrolofmultiplerobotssystem.Secondly,itintroducestheapplicationofthecomplexnetworkssynchronizationtheoryinmulti-