|
|
论文:2015,Vol:33,Issue(2):244-250 |
|
|
引用本文： |
|
|
韩青, 孙树栋, 智睿瑞. 基于纯角度观测信息的leader-followers机器人编队控制方法[J]. 西北工业大学学报 |
|
|
Han Qing, Sun Shudong, Zhi Ruirui. Bearing-only Leader-Followers Multi-Robot Formation Control[J]. Northwestern polytechnical university |
|
|
|
|
|
|
|
| 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(followers)仅观测其领航机器人(leader)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-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-输出反馈控制规律
|
|
| Bearing-only Leader-Followers Multi-Robot Formation Control |
|
| Han Qing, Sun Shudong, Zhi Ruirui |
|
| Contemporary Design and Integrated Manufacturing Technology Key Laboratory of Ministry of Education, School of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China |
| Abstract: |
| A bearing-only formation control method for leader-followers multi-robots is proposed. In the study, follower-robots can only observe the bearing information of the leader-robot. Based on the observability of nonlinear system, studies show that the bearing-only observation meets the leader-followers observability condition for general nonlinear system. The unscented Kalman filter(UKF)is employed to estimate the state of leader-followers'robots. The results are used for followers' movement control via the input-output feedback control law, so that the desired formation of the robots are maintained. Simulation results are presented to demonstrate the feasibility of the approach. |
| Key words:
algorithms
angular velocity
control
experiments
feedback control
Kalman filters
mathematical models
MATLAB
matrix algebra
nonlinear systems
robots
trajectories
velocity
formation control
leader-followers formation control and observability
mobile robot
UKF(Unscented Kalman filter)
UKF filter algorithm and input-output feedback control law
|
|
| 收稿日期: 2014-10-08
修回日期:
|
| DOI: |
| 基金项目: 国家自然科学基金(51475383、51075337)资助 |
| 通讯作者:
Email： |
| 作者简介: 韩青(1973-),西北工业大学讲师、博士研究生,主要从事智能机器人、多机器人协调控制与机电一体化与机电控制技术的研究。
|
|
| 相关功能 |
|
|
|
|
| 作者相关文章 |
|
| 韩青 在本刊中的所有文章 |
| 孙树栋 在本刊中的所有文章 |
| 智睿瑞 在本刊中的所有文章 |
|
|
|
|
|
|
|
|
参考文献: |
|
|
[1] 谭民,王硕.机器人技术研究进展[J].自动化学报,2013,39(7):963-972 Tan M, Wang S. Research progress on robotics[J]. Acta Automatica Sinica,2013,39(7):963-972(in Chinese)
[2] Ren W,Beard R W. Formation Feedback Control for Multiple Spacecraft Via virtual Structures[J]. IEEE Proceedings Control Theory Application, 2004,151(3):357-368
[3] Long M, Gage A, Murphy R, et al. Application of The Distributed Field Robot Architecture to a Simulated Demining Task[C] //Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, Barcelona, 2005:3193-3200
[4] Mastellone S, Stipanovic D M, Graunke C R, et al. Formation Control and Collision Avoidance for Multi-Agent-Nonholonomic Systems:Theory and Experiments[J]. The International Journal of Robotics Research, 2008, 27(1):107-126
[5] Chen J, Sun D, Yang J, et al. Leader-Follower Formation Control of Multiple Non-Holonomic Mobile Robots Incorporating a Receding-Horizon Scheme[J]. The International Journal of Robotics Research, 2010,29(6):727-747
[6] 杨丽,曹志强,谭民.不确定环境下多机器人的动态编队控制[J].机器人,2010,32(2):283-288 Yang L, Cao Z Q, Tan M. Dynamic Formation Control for Multiple Robots in Uncertain Environments[J]. Robot,2010,32(2):283-288(in Chinese)
[7] Kwon J W, Chwa D. Hierarchical Formation Control Based on a Vector Field Method for Wheeled Mobile Robots[J]. IEEE Trans on Robotics, 2012, 28(6):1335-1345
[8] Basiri M, Bishop A N, Jensfelt P. Distributed Control of Triangular Formations with Angle Only Constraints[J]. Systems & Control Letters, 2010, 59(2):147-154
[9] Bishop A N. A Very Relaxed Control Law for Bearing-Only Triangular Formation Control[C] //Proceedings of the 18th IFAC World Congress, Milano, Italy, 2011:5991-5998
[10] Bishop A N. Distributed Bearing-Only Quadrilateral Formation Control[C] //Proceedings of the 18th IFAC WorldCongress, Milano, Italy, 2011:4507-4512
[11] Eren T. Formation Shape Control Based on Bearing Rigidity[J]. International Journal of Control, 2012,85(9):1361-1379
[12] Mariottini G L, Morbidi F, Prattichizzo D, et al. Vision-Based Localization for Leader-Follower Formation Control[J]. IEEE Trans on Robotics, 2009,25(6):1431-1438
[13] Hermann R, Krener A J. Nonlinear Controllability and Observability[J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 1977, 22(5):728-740
[14] Wan E A, Van Der Merwe R. The Unscented Kalmanfilter for Nonlinear Estimation[C] //Adaptive Systems for Signal Processing, Communications, and Control Symposium, 2000:153-158
[15] Slotine J J E, Li W. Applied Nonlinear Control[M]. Englewood Cliffs, NJ:Prentice-Hall, 1991
[16] Das A K, Fierro R, Kumar V, et al. A Vision-Based Formation Control Framework[J]. IEEE Trans on Robotics and Automation, 2002,18(5):813-825 |
|
|
|
相关文献: |
|
|
1．李博, 王三民, 袁茹, 智常建.基于剪式线性阵列可展结构对称性的动力学分析方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(4): 665-671 |
|
|
2．段沛沛, 李辉, 李琦.基于结构划分字典学习的雷达目标识别[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(4): 672-676 |
|
|
3．曾向阳, 王强.用于室内环境说话人识别的混响补偿方法[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(3): 420-425 |
|
|
4．苟艳妮, 王英民, 王奇.实测新型水下小尺寸扩展式基阵声探测系统定向性能研究[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(3): 426-431 |
|
|
5．范旭慧, 张捷, 马化斌.一类新型的光滑支持向量分类机[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(3): 467-471 |
|
|
6．王鹏, 李玉忍, 付龙飞, 梁波.基于扩展卡尔曼估计的飞机防滑刹车系统模糊控制[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(3): 478-483 |
|
|
7．杨立本, 章卫国, 黄得刚, 车军.欠驱动四旋翼飞行器反演模糊自适应控制[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(3): 495-499 |
|
|
8．黄伟, 陈光.一种改善动脉自旋标记磁共振图像中部分容积效应的新算法[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(3): 516-523 |
|
|
9．吴成富, 闫冰, 邵朋院.基于模糊控制的无人机滑跑起飞控制方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(1): 33-39 |
|
|
10．贾晓娟, 闫晓东.吸气式组合动力飞行器爬升轨迹设计方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(1): 104-109 |
|
|
11．杨盼盼, 刘明雍, 雷小康, 李越.基于自组织结对行为的群集机器人分群控制方法[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(1): 147-152 |
|
|
12．石帅, 宋笔锋, 裴扬, 张睿文.数据链支持下飞机敏感性评估方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(5): 811-818 |
|
|
13．赖林, 胡永红, 史忠科.基于车头间距与前车速度的改进优化速度模型[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(1): 118-122 |
|
|
14．史静平, 屈晓波, 毕可军.一种基于转矩可达集的操纵面组合分配设计方法[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(1): 123-130 |
|
|
15．吴枫, 秦永元, 张金亮.极区内基于雷达辅助的SINS空中对准算法[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(1): 131-136 |
|
|
16．王鸿辉, 袁朝辉, 何长安.基于自适应控制的球载吊篮姿态控制系统鲁棒性优化策略[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(2): 309-314 |
|
|
17．姚从潮, 王新民, 陈晓, 尹海韬.基于改进多目标遗传算法的再入飞行控制分配研究[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(2): 315-322 |
|
|
18．刘雨童, 张骏, 史忠科.汽车启动时安全距离模型的改进及其验证[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(5): 725-729 |
|
|
19．徐德民, 刘富樯, 张立川, 崔荣鑫.基于改进连续-离散无迹卡尔曼滤波的水下航行器故障诊断[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(5): 756-760 |
|
|
20．张维, 李文涛, 王力.基于接收信号强度的不同移动终端定位方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(3): 481-485 |
|
|
21．陈经纬, 陈康, 尙妮妮, 闫杰.基于气动力/推力矢量控制的飞行器性能分析[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(6): 877-881 |
|
|
22．辛宇鹏, 田锡天, 黄利江, 周媛媛.大规模定制中基于加工能力元的机床优选方法[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(6): 937-943 |
|
|
23．蔡婷, 张洵安.基于DMF研究地震作用下MSCSS的控制特性[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(6): 950-955 |
|
|
24．常晓飞, 白云飞, 符文星, 闫杰.基于平流层特殊风场的浮空器定点方案研究[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(1): 12-17 |
|
|
25．卢健, 徐德民, 张福斌.共同观测环境多UUV协同导航[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(3): 378-385 |
|
|
26．王海涛, 蒋经凯, 李成行.基于人工鱼群算法的主动控制起落架缓冲器性能优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(3): 417-421 |
|
|
27．郑炜, 李知隆, 靳如一.基于频率差异积分的故障定位算法研究[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(3): 435-439 |
|
|
28．刘亚擎, 廉保旺, 唐成凯.长基线高精度GNSS相对定位算法[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(3): 451-456 |
|
|
29．邢小军, 席奥, 闫建国.多无人机协同编队最优鲁棒控制方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(5): 722-726 |
|
|
30．杜洪涛, 李战怀.基于数据价值的云存储动态备份一致性机制[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(6): 979-984 |
|
|
31．刘宁, 史浩山, 郭淑霞, 杨博.基于虚拟阵列的ESPRIT相干信号DOA估计[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(6): 997-1001 |
|
|
32．谭雁英, 许鳌, 祝小平, 周洲.小型无人机掠海飞行高度滤波系统优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(4): 511-516 |
|
|
33．高登巍, 罗建军, 马卫华.基于Lyapunov方法的非合作目标接近与视线跟踪[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(4): 577-583 |
|
|
34．秦川, 赵建林, 姜碧强, 姜亚军, 黄钊.用于FBG解调的光纤F-P可调滤波器温漂抑制[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(4): 664-667 |
|
|
35．史静平, 屈晓波, 李广文.一种基于转矩可达集裁剪设计的广义逆分配方法[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(1): 8-13 |
|
|
36．周勇, 张玉峰, 张超, 张举中.基于Sage-Husa的线性自适应平方根卡尔曼滤波算法[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(1): 89-93 |
|
|
37．柯吉, 王伟, 李爱军, 王长青.微型共轴直升机的非线性模型预测控制[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(2): 172-178 |
|
|
38．李玉忍, 梁波, 张智慧, 逯九利.飞机三级式发电机调压系统滑模变结构控制方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(2): 195-199 |
|
|
39．杨洁, 王新民, 谢蓉.基于改进APF的无人机编队航迹规划[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(2): 200-205 |
|
|
40．王海涛, 蒋经凯.飞机起落架主动控制与滑跑性能优化研究[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(2): 223-228 |
|
|
41．高怀, 朱战霞, 刘剑.基于遗传算法的连续推力最短时间转移轨道设计[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(2): 187-191 |
|
|
42．史静平, 章卫国.基于AMS结构分析的串接链可达集求解与优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(4): 582-588 |
|
|
43．黄汉桥, 黄长强, 赵辉, 曹林平, 翁兴伟.考虑前馈作用的BTT导弹自动驾驶仪设计方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(3): 307-313 |
|
|
44．张奕, 程小辉, 蔡皖东, 詹涛.混合关键度驱动的实时调度研究[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(4): 617-621 |
|
|
45．王静, 黄建国, 张群飞, 韩晶.噪声空间谱预白化小孔径阵列被动目标检测方法[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(3): 422-427 |
|
|
46．夏平, 周兴社, 谢必昌.适应动态安全需求的实时任务调度算法研究[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(5): 657-662 |
|
|
47．李珣, 曲仕茹.物联网架构下的车辆动态避险路径规划方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(5): 729-733 |
|
|
48．周文佳, 陈旿, 肖迪, 张鹏飞, 慕德俊.MANET网络中一种基于灰色区域的移动预测路由协议及多径备份路由扩展[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(5): 739-745 |
|
|
49．周亮, 罗建军.基于E/I联合隔离的卫星编队飞行安全轨迹设计与控制[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(6): 879-885 |
|
|
50．余瑞星, 袁博, 宋军艳.一种新的时空局部特征提取方法及在目标识别中的应用[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(6): 886-891 |
|
|
|
|
|
|
