留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种可编程的群机器人自主成形方法

王荪馨

王荪馨. 一种可编程的群机器人自主成形方法[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(12): 1842-1848. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200609
引用本文: 王荪馨. 一种可编程的群机器人自主成形方法[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(12): 1842-1848. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200609
WANG Sunxin. Programmable Shape Formation Approach for Swarm Robotics[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(12): 1842-1848. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200609
Citation: WANG Sunxin. Programmable Shape Formation Approach for Swarm Robotics[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(12): 1842-1848. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200609

一种可编程的群机器人自主成形方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200609
基金项目: 

陕西省重点研发计划项目 2021GY-332

详细信息
    作者简介:

    王荪馨(1974-), 教授, 博士, 研究方向为智能制造和集群机器人, wsx8280@xaut.edu.cn

  • 中图分类号: TP42

Programmable Shape Formation Approach for Swarm Robotics

  • 摘要: 针对用户给定的二维目标构形任务, 提出了一种"分层规划、分层填充"的群机器人自主成形策略, 以期将群体系统的全局行为转化为当前构型体内边缘层机器人个体的局部行为; 在此分层成形策略基础上设计了一种包含预处理、边缘层运动链规划和链内分层填充三阶段的群机器人层式成形方法。最后研制了一种晶格式全向移动机器人, 并通过9台机器人的2类试验分别验证了运动链规划方法的鲁棒性和层式成形方法的有效性。这种通过"软编程"方式操控一群移动机器人自主、有序地完成预期的二维几何构形任务, 使得群机器人系统具备了随目标任务柔性变形的适应能力。
  • 图  1  群机器人分层成形策略

    图  2  群机器人层式成形方法

    图  3  晶格式移动机器人及9车成形试验平台

    图  4  个体失效条件下运动链规划方法的鲁棒性试验

    图  5  “十字形”目标图案的9车自主成形试验及其过程

    表  1  晶格式移动机器人硬件参数

    类别 型号/参数 数量 特点
    中心控制板 Arduino mega2560 1 操作简单
    扩展板 - 1 -
    降压模块 5V输出 1 体积小、电压稳定
    测距传感器 HC-SR04 8 短距离高精度测距
    通信模块 - 4 收发一体
    电子陀螺仪 MPU-6050 1 体积小、精度高
    运动控制板 STM32F103C8T6 1 体积小、性能高
    扩展板和
    电机驱动
    - 1 -
    直流减速电机 - 3 体积小
    全向轮 - 3 全向移动易于控制
    Arduino
    无线下载器
    - 1 可多同时传输数据
    LED指示灯 - 1 -
    电源 7.4V 1 -
    下载: 导出CSV
  • [1] LI S G, BATRA R, BROWN D, et al. Particle robotics based on statistical mechanics of loosely coupled components[J]. Nature, 2019, 567(7748): 361-365 doi: 10.1038/s41586-019-1022-9
    [2] WHITESIDES G M, GRZYBOWSKI B. Self-assembly at all scales[J]. Science, 2002, 295(5564): 2418-2421 doi: 10.1126/science.1070821
    [3] YIM M, SHEN W M, SALEMI B, et al. Modular self- reconfigurable robot systems[grand challenges of robotics][J]. IEEE Robotics & Automation Magazine, 2007, 14(1): 43-52 http://www.researchgate.net/profile/Mark_Moll/publication/3344812_Modular_Self-Reconfigurable_Robot_Systems_Grand_Challenges_of_Robotics/links/00b7d51c0f0a9312da000000.pdf
    [4] COHEN W W. Adaptive mapping and navigation by teams of simple robots[J]. Robotics and Autonomous Systems, 1996, 18(4): 411-434 doi: 10.1016/0921-8890(96)00012-7
    [5] LI G N, ST-ONGE D, PINCIROLI C, et al. Decentralized progressive shape formation with robot swarms[J]. Autonomous Robots, 2019, 43(6): 1505-1521 doi: 10.1007/s10514-018-9807-5
    [6] CHEN J N, GAUCI M, GROẞ R. A strategy for transporting tall objects with a swarm of miniature mobile robots[C]//Proceedings of 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Karlsruhe, Germany: IEEE, 2013: 863-869
    [7] 熊飞, 王海. 无人机集群复杂战场环境下持续侦察智能决策框架[J]. 军事运筹与系统工程, 2019, 33(1): 31-37, 80 doi: 10.3969/j.issn.1672-8211.2019.01.007

    XIONG F, WANG H. Intelligent decision framework for continuous reconnaissance in complex battlefield environment for UAV swarming[J]. Military Operations Research and Systems Engineering, 2019, 33(1): 31-37, 80 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-8211.2019.01.007
    [8] RUBENSTEIN M, CORNEJO A, NAGPAL R. Programmable self-assembly in a thousand-robot swarm[J]. Science, 2014, 345(6198): 795-799 doi: 10.1126/science.1254295
    [9] 李冠男, 董凌艳, 徐红丽, 等. 群机器人区域覆盖方法研究[J]. 机器人, 2017, 39(5): 670-679 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JQRR201705010.htm

    LI G N, DONG L Y, XU H L, et al. Research on region coverage approach with swarm robots[J]. Robot, 2017, 39(5): 670-679 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JQRR201705010.htm
    [10] GILPIN K, KOTAY K, RUS D, et al. Miche: modular shape formation by self-disassembly[J]. The International Journal of Robotics Research, 2008, 27(3-4): 345-372 doi: 10.1177/0278364907085557
    [11] GILPIN K, KNAIAN A, RUS D. Robot pebbles: one centimeter modules for programmable matter through self-disassembly[C]//Proceedings of 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Anchorage, AK, USA: IEEE, 2010: 2485-2492
    [12] 魏洪兴, 王田苗. 模块化群体机器人构型分析与自组装控制[J]. 机械工程学报, 2010, 46(13): 100-108 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201013016.htm

    WEI H X, WANG T M. Configuration analysis and self-assembly control for modular swarm robots[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13): 100-108 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201013016.htm
    [13] 杨宏安, 段鑫, 张昭琪, 等. 晶格式集群机器人矩阵成型方法及试验[J]. 控制与决策, 2020, 35(10): 2391-2398 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KZYC202010009.htm

    YANG H A, DUAN X, ZHANG Z Q, et al. A matrix shape formation approach and experiment for latticed swarm robots[J]. Control and Decision, 2020, 35(10): 2391-2398 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KZYC202010009.htm
    [14] BRAMBILLA M, FERRANTE E, BIRATTARI M, et al. Swarm robotics: a review from the swarm engineering perspective[J]. Swarm Intelligence, 2013, 7(1): 1-41
  • 加载中
图(5) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  178
  • HTML全文浏览量:  36
  • PDF下载量:  15
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-12
  • 刊出日期:  2021-12-05

目录

    /

    返回文章
    返回