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Dynamic Frontier-Led Swarming:Multi-Robot Repeated Coverage in Dynamic Environments 被引量:2
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作者 Vu Phi Tran Matthew A.Garratt +1 位作者 Kathryn Kasmarik Sreenatha G.Anavatti 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2023年第3期646-661,共16页
A common assumption of coverage path planning research is a static environment.Such environments require only a single visit to each area to achieve coverage.However,some real-world environments are characterised by t... A common assumption of coverage path planning research is a static environment.Such environments require only a single visit to each area to achieve coverage.However,some real-world environments are characterised by the presence of unexpected,dynamic obstacles.They require areas to be revisited periodically to maintain an accurate coverage map,as well as reactive obstacle avoidance.This paper proposes a novel swarmbased control algorithm for multi-robot exploration and repeated coverage in environments with unknown,dynamic obstacles.The algorithm combines two elements:frontier-led swarming for driving exploration by a group of robots,and pheromone-based stigmergy for controlling repeated coverage while avoiding obstacles.We tested the performance of our approach on heterogeneous and homogeneous groups of mobile robots in different environments.We measure both repeated coverage performance and obstacle avoidance ability.Through a series of comparison experiments,we demonstrate that our proposed strategy has superior performance to recently presented multi-robot repeated coverage methodologies. 展开更多
关键词 Artificial pheromones distributed control architecture dynamic obstacle avoidance multi-robot coverage STIGMERGY swarm robotics
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Study on Distributed Motion of Self-Reconfigurable Robot Based on Local Rules 被引量:1
2
作者 吴秋轩 曹广益 +1 位作者 田华英 费燕琼 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2007年第2期164-171,共8页
The eigenvector of a module with six adjacent module's state was constructed according to self-reconfigurable robot M-Cubes and the configuration of system was expressed with the eigenvectors of all modules.Accord... The eigenvector of a module with six adjacent module's state was constructed according to self-reconfigurable robot M-Cubes and the configuration of system was expressed with the eigenvectors of all modules.According to the configuration and motion characteristics of the modules,a 3-dimension motion rule set was provided.The rule sets of each module was run according to eigenvector of the module after the motion direction of system decided and motion rules were selected.At last,the rapid and effective motion and metamorphosis were realized in system.The rule sets are operated on three systems and the distributed motion of system is fully realized.The result of simulation shows that the 3-dimension motion rule sets has perfect applicability and extensibility.The motion steps and communication load of the modules increase with the module number in linear. 展开更多
关键词 modular self-reconfigurable robot (MSRR) cellular automata local rules distributed control
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Motion simulation and experiment of a novel modular self-reconfigurable robot
3
作者 吴秋轩 曹广益 费燕琼 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2006年第2期185-190,共6页
Based on the character of the modular self-reconfigurable (MSR) robot, a novel homogeneous and lattice MSR robot, M-Cubes, was designed. Each module unit of the robot has 12 freedoms and is composed of six rotary jo... Based on the character of the modular self-reconfigurable (MSR) robot, a novel homogeneous and lattice MSR robot, M-Cubes, was designed. Each module unit of the robot has 12 freedoms and is composed of six rotary joints and one cubic link. An attached/detached mechanism was designed on the rotary joints. A novel space transmitting system was placed on the inner portion of the cubic link. A motor separately transmitted torque to the six joints which were distributed equally on six surfaces of the cubic link. The example of a basic motion for the module was demonstrated. The result shows that the robot is concise and compact in structure, highly efficient in transmission, credible in connecting, and simple in controlling. At the same time, a simulator is developed to graphically design the system configuration, the reconfiguration process and the motion of cluster modules. The character of local action for the cellular automata (CA) is utilized. Each module is simplified as a cell. The transition rules of the CA are developed to combine with the genetic algorithm (GA) and applied to each module to accomplish distributed control. Simulation proves that the method is effective and feasible. 展开更多
关键词 modular self-reconfigurable robot structure design motion simulation distributed control
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Self-assembly control and experiments in swarm modular robots 被引量:2
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作者 WEI HongXing LI HaiYuan +1 位作者 TAN JinDong WANG TianMiao 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2012年第4期1118-1131,共14页
This paper presents a self-assembly control strategy for the swarm modular robots. Simulated and physical experiments are conducted based on the Sambot platform, which is a novel self-assembly modular robot having the... This paper presents a self-assembly control strategy for the swarm modular robots. Simulated and physical experiments are conducted based on the Sambot platform, which is a novel self-assembly modular robot having the characteristics of both the chain-type and the mobile self-reconfigurable robots. Multiple Sambots can autonomously move and connect with one another through self-assembly to form robotic organisms. The configuration connection state table is used to describe the configuration of the robotic structure. A directional self-assembly control model is proposed to perform the self-assembly experiments. The self-assembly process begins with one Sambot as the seed, and then the Docking Sambots use a behavior-based controller to achieve connection with the seed Sambot. The controller is independent of the target configuration. The seed and connected Sambots execute a configuration comparison algorithm to control the growth of the robotic structure. Furthermore, the simul- taneous self-assembly of multiple Sambots is discussed. For multiple configurations, self-assembly experiments are conducted in simulation platform and physical platform of Sambot. The experimental results verify the effectiveness and scalability of the self-assembly algorithms. 展开更多
关键词 self-reconfigurable robot modular robot swarm robot self-assembly behavior-based control
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A novel autonomous self-assembly distributed swarm flying robot
5
作者 Wei Hongxing Li Ning +1 位作者 Liu Miao Tan Jindong 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第3期791-800,共10页
Swarm intelligence embodied by many species such as ants and bees has inspired scholars in swarm robotic researches. This paper presents a novel autonomous self-assembly distributed swarm flying robot-DSFR, which can ... Swarm intelligence embodied by many species such as ants and bees has inspired scholars in swarm robotic researches. This paper presents a novel autonomous self-assembly distributed swarm flying robot-DSFR, which can drive on the ground, autonomously accomplish self-assembly and then fly in the air coordinately. Mechanical and electrical designs of a DSFR module, as well as the kinematics and dynamics analysis, are specifically investigated. Meanwhile, this paper brings forward a generalized adjacency matrix to describe configurations of DSFR structures. Also, the distributed flight control model is established for vertical taking-off and horizontal hovering, which can be applied to control of DSFR systems with arbitrary configurations. Finally, some experiments are carried out to testify and validate the DSFR design, the autonomous self-assembly strategy and the distributed flight control laws. 展开更多
关键词 distributed control Flight control system Flying robot Self assembly swarm intelligence
原文传递
Quanta-A platform for rapid control and monitoring of heterogeneous rbots
6
作者 S.Sankhar Reddy CH. Anita Agrawal Anupama K.R. 《Digital Communications and Networks》 SCIE 2020年第4期452-462,共11页
Rapid prototyping,real-time control and monitoring of various events in robots are crucial requirements for research in the fields of modular and swarm robotics.A large quantities of resources(time,man power,infrastru... Rapid prototyping,real-time control and monitoring of various events in robots are crucial requirements for research in the fields of modular and swarm robotics.A large quantities of resources(time,man power,infrastructure,etc.)are often invested in programming,interfacing the sensors,debugging the response to algorithms during prototyping and operational phases of a robot development cycle.The cost of developing an optimal infrastructure to efficiently address such control and monitoring requirements increases significantly in the presence of mobile robots.Though numerous solutions have been developed for minimizing the resources spent on hardware prototyping and algorithm validation in both static and mobile scenarios,it can be observed that researchers have either chosen methodologies that conflict with the power and infrastructure constraints of the research field or generated constrained solutions whose applications are restricted to the field itself.This paper develops a solution for addressing the challenges in controlling heterogeneous mobile robots.A platform named Quanta-a cost effective,energy efficient and high-speed wireless infrastructure is prototyped as a part of the research in the field of modular robotics.Quanta is capable of controlling and monitoring various events in/using a robot with the help of a light-weight communication protocol independent of the robot hardware architecture(s). 展开更多
关键词 modular robotics swarm robotics Concurrent control and monitoring Event scheduling Centralized/decentralized communication
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机器人群体协作与控制的研究 被引量:42
7
作者 谭民 范永 徐国华 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2001年第2期178-182,共5页
本文针对多机器人系统 ,从群体的角度探讨多机器人协作、运行及控制机理 .包括机器人群体协作与机器人社会的概念、应用背景 ,以及机器人群体协作与机器人社会系统的研究目的、研究内容等 ,以建立机器人群体协作及控制研究的框架 .
关键词 机器人 群体协作 智能机器人 人工智能
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模块化群体机器人构型分析与自组装控制 被引量:8
8
作者 魏洪兴 王田苗 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第13期100-108,共9页
源于社会性昆虫的自组织原理,自组装为群体机器人的协作提供了有效的行为模式。提出一种分布式自组装控制方法,并基于自主开发的新型自组装模块化机器人Sambot进行试验研究。采用构型连接状态表的方法对多个Sambot组成的集合体机器人的... 源于社会性昆虫的自组织原理,自组装为群体机器人的协作提供了有效的行为模式。提出一种分布式自组装控制方法,并基于自主开发的新型自组装模块化机器人Sambot进行试验研究。采用构型连接状态表的方法对多个Sambot组成的集合体机器人的运动构型进行描述与分析,建立运动构型库。提出一种由种子机器人、对接机器人与连接机器人组成的分布式自组装系统,其中种子与连接机器人决定自组装规则,并控制构型增长;对接机器人没有任何目标构型与全局坐标信息,采用基于行为的控制器,实现与种子及连接机器人的的自主对接。用5个Sambot机器人成功演示了典型蛇型与4足构型的自组装试验,验证了控制算法的有效性。 展开更多
关键词 群体机器人 模块化机器人 自组装 分布式控制
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可重构模块化机器人分布式控制算法研究 被引量:4
9
作者 刘明尧 谭跃刚 +1 位作者 周祖德 胡业发 《武汉理工大学学报(信息与管理工程版)》 CAS 2005年第1期6-9,21,共5页
可重构机器人是基于一套事先设计好的模块,并根据特定任务的要求选择的一组模块装配成的机器人。为了实现快速重构,可重构模块化机器人不仅要实现机械结构构形的快速重构而且要实现控制系统的快速重构。根据多Agent理论中协商合作机制... 可重构机器人是基于一套事先设计好的模块,并根据特定任务的要求选择的一组模块装配成的机器人。为了实现快速重构,可重构模块化机器人不仅要实现机械结构构形的快速重构而且要实现控制系统的快速重构。根据多Agent理论中协商合作机制和机器人结构的分布性,可重构模块化机器人采用基于多Agent的分布式体系结构。利用微分运动理论提出了一种分布式控制算法,它能够适应三维空间的控制要求,从理论上证明了这种算法的收敛性。 展开更多
关键词 可重构模块化机器人 分布式控制 控制算法
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具备分布式控制和环境感知能力的第二代模块化机器人EMERGE 被引量:3
10
作者 刘扬 沙波 +2 位作者 刘建功 刘策越 闫硕 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第7期120-125,共6页
针对第一代EMERGE模块化机器人控制系统和感知能力的局限性问题,在第一代基础上,提出了集成分布式和集中式控制方式的、具备周围环境感知能力的第二代EMERGE模块化机器人。首先分析了第一代机器人的基本性能特征,确立了模块升级改造的... 针对第一代EMERGE模块化机器人控制系统和感知能力的局限性问题,在第一代基础上,提出了集成分布式和集中式控制方式的、具备周围环境感知能力的第二代EMERGE模块化机器人。首先分析了第一代机器人的基本性能特征,确立了模块升级改造的方向。在此基础上,通过对模块的连接机制、控制系统的分析设计,给出了具备控制方式切换功能的分布式和集中式的控制系统,实现了控制方式的灵活切换以及模块间自由通信的能力。此外,在模块的四个连接面上设计了接近距离传感器,实现对周围环境的感知能力。最后以第二代的机器人为实验对象,进行了蠕动和迷宫运动实验。实验结果表明,第二代EMERGE模块化机器人控制系统可靠、控制方式灵活,拓展了机器人执行不同任务的能力。 展开更多
关键词 模块化机器人 模块自由通信 分布式控制 环境感知能力
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一种模块化自重构机器人的设计与实现 被引量:3
11
作者 赵杰 赵剑 +1 位作者 张玉华 蔡鹤皋 《机床与液压》 北大核心 2007年第3期51-53,93,共4页
介绍了一种新的模块化自重构机器人HitMSRII的设计与实现过程,包括机器人模块的机构设计和控制系统的软硬件设计两个部分。HitMSRII在HitMSRI的基础上加入了接触传感器;引入了无线通讯网络;设计了兼具销孔式可靠性和平面式灵活性的新型... 介绍了一种新的模块化自重构机器人HitMSRII的设计与实现过程,包括机器人模块的机构设计和控制系统的软硬件设计两个部分。HitMSRII在HitMSRI的基础上加入了接触传感器;引入了无线通讯网络;设计了兼具销孔式可靠性和平面式灵活性的新型的模块分离、连接机构;并将控制方式由原来的集中式改为集中式和分布式相结合的方式,使系统能在不增加传感器的情况下自动采集机器人的整体信息。HitMSRII比HitMSRI的体积更小,质量更轻,驱动和通讯能力也更强。 展开更多
关键词 模块化机器人 自重构 分布式控制
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群体机器人同步问题的分布式协同控制及优化 被引量:2
12
作者 杨茂 李成凤 田彦涛 《智能系统学报》 2010年第3期247-253,共7页
主要研究群体机器人系统协同适应性,通过局部信息交互下的分布式控制实现群体对复杂环境的适应.以同步现象为研究对象,结合虚拟力、最近邻居原则以及环境因素,提出了一种可以解释该现象的分布式控制器.并证明该控制器能够使所有的群体... 主要研究群体机器人系统协同适应性,通过局部信息交互下的分布式控制实现群体对复杂环境的适应.以同步现象为研究对象,结合虚拟力、最近邻居原则以及环境因素,提出了一种可以解释该现象的分布式控制器.并证明该控制器能够使所有的群体成员在误差允许的范围内收敛到一个共同速度,其优点是仅需要局部信息就能够实现稳定的群体行为.此外,在上述分布式控制器设计的基础上进行了参数优化,利用粒子群优化算法实现能量消耗最少的目标.通过仿真实验验证了控制器及算法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 群体机器人 同步 协同控制 分布式控制器 粒子群优化算法
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新型可重构机器人分布式控制方法的研究 被引量:2
13
作者 赵杰 魏延辉 蔡鹤皋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期39-42,共4页
基于可重构机器人的机械、电气、驱动的模块化特点,建立机器人分布式控制系统.提出了分布式控制算法,采用变步距的方法,提高算法的迭代速度和精度;通过微分凑整的方法,解决模块运动抖动问题;提高模块的智能判断力,减少迭代的时间,提高... 基于可重构机器人的机械、电气、驱动的模块化特点,建立机器人分布式控制系统.提出了分布式控制算法,采用变步距的方法,提高算法的迭代速度和精度;通过微分凑整的方法,解决模块运动抖动问题;提高模块的智能判断力,减少迭代的时间,提高控制的效率.基于算法规划控制的工作过程,最后进行仿真试验,验证可重构机器人分布式控制的实用性和可行性. 展开更多
关键词 可重构机器人 模块化 分布式控制
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全局信息分布式控制的自重构机器人运动研究 被引量:1
14
作者 吴秋轩 曹广益 费燕琼 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 EI CAS 北大核心 2006年第5期727-730,共4页
为了改进系统的性能,构建了同构阵列式模块化自重构机器人M-Cubes,该机器人具有12个自由度;结构简洁、紧凑,控制方便简单,可以构建任意的立方体结构,并对M-Cubes模块的基本运动进行了描述。搭建了基于自重构模块的分布式多智能体控制结... 为了改进系统的性能,构建了同构阵列式模块化自重构机器人M-Cubes,该机器人具有12个自由度;结构简洁、紧凑,控制方便简单,可以构建任意的立方体结构,并对M-Cubes模块的基本运动进行了描述。搭建了基于自重构模块的分布式多智能体控制结构,根据系统的全局信息进行分布式控制,将控制分为三步,规划、协调和运动控制。结合模块的空间矢量进行路径规划,利用agent技术对模块间的相互作用进行协调,最后产生模块的翻转,实现模块的运动。利用Java 3D技术建立了可视化的模块化自重构机器人仿真环境,在此平台上对模块的运动进行了仿真,给出了一个4×2×2矩形阵列模块的平移仿真示例,验证了该控制算法和仿真平台的有效性。 展开更多
关键词 自重构机器人 多智能体 运动规划 分布式控制
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基于CAN总线结构的服务机器人模块化双臂系统构建 被引量:1
15
作者 李宪华 郭永存 +1 位作者 郭帅 朱涛 《机床与液压》 北大核心 2013年第17期21-23,11,共4页
针对商品化工业机器人手臂系统封闭、开放性差的问题,采用机器人可重构模块来构建机器人的双臂系统。在分析机器人手臂构成特点的基础上,进行了手臂模块的选型,完成了由模块化关节组成的服务机器人双臂硬件平台的搭建;通过分析手臂功能... 针对商品化工业机器人手臂系统封闭、开放性差的问题,采用机器人可重构模块来构建机器人的双臂系统。在分析机器人手臂构成特点的基础上,进行了手臂模块的选型,完成了由模块化关节组成的服务机器人双臂硬件平台的搭建;通过分析手臂功能模块化的特点,设计了手臂的分布式控制系统方案,并通过实验验证了双臂软硬件系统构建的正确性及稳定性。 展开更多
关键词 机器人 模块化 双臂系统 CAN总线 分布式控制
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群体觅食行为启发的多机器人分布式编队控制方法研究 被引量:1
16
作者 徐东 刘佰龙 张汝波 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2009年第10期2034-2038,共5页
群集智能由简单个体之间的相互作用涌现出来,这种涌现出来的智能可以解决许多复杂的问题.首先,从细菌群体觅食特性出发,引出了该行为与多机器人编队任务的相关性.然后,通过对群体觅食行为模型的扩展,建立了基于势场的多机器人分布式编... 群集智能由简单个体之间的相互作用涌现出来,这种涌现出来的智能可以解决许多复杂的问题.首先,从细菌群体觅食特性出发,引出了该行为与多机器人编队任务的相关性.然后,通过对群体觅食行为模型的扩展,建立了基于势场的多机器人分布式编队控制模型;最后,在不同规模下的多机器人编队仿真实验表明,本文的方法能够控制多机器人完成编队任务,并且使得机器人在遇到障碍物时能灵活躲避障碍物,离开障碍物后又快速恢复队形. 展开更多
关键词 群集智能 势场法 多机器人 分布式 编队控制
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群体机器人自组装的分布式控制方法与实验研究
17
作者 徐敏 魏洪兴 蔡颖鹏 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1178-1183,共6页
基于自组装模块化机器人平台Sambot,提出了一种分布式的自组装控制方法,并用5个Sambot机器人,成功实现了4足构型的自组装实验。用此方法可使每个对接机器人仅依赖红外传感器的局部感知和通信能力,通过漫游、导航、自主对接行为实现与种... 基于自组装模块化机器人平台Sambot,提出了一种分布式的自组装控制方法,并用5个Sambot机器人,成功实现了4足构型的自组装实验。用此方法可使每个对接机器人仅依赖红外传感器的局部感知和通信能力,通过漫游、导航、自主对接行为实现与种子机器人的自主对接。这种自组装控制方法可以直接扩展到多个Sambot执行,以构建任意构型的集合体机器人。 展开更多
关键词 自组装 群体机器人 自主对接 分布式控制 基于行为的控制
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基于人工物理的群机器人网格分布仿真
18
作者 熊举峰 谭冠政 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期692-696,共5页
群机器人学是多机器人系统的一个重要研究方向,其主要特点是系统包含大量个体。如何控制不受数量限制的群机器人系统,是一个极具挑战性的问题。网格分布是指大量机器人按照一定的要求均匀分布在某一区域中。基于人工物理原理分析了群机... 群机器人学是多机器人系统的一个重要研究方向,其主要特点是系统包含大量个体。如何控制不受数量限制的群机器人系统,是一个极具挑战性的问题。网格分布是指大量机器人按照一定的要求均匀分布在某一区域中。基于人工物理原理分析了群机器人网格分布控制原理和方法,制定了详细的系统性能评价指标(稳定时间、碰撞次数、覆盖率、连接数、簇数、分布密度等参数),提出了采用曲线拟合法构建虚拟力模型。通过在无障碍物和有障碍物环境中的网格分布仿真,显示出该方法可以鲁棒、有效的完成网格分布。最后指出了今后的研究方向。 展开更多
关键词 群机器人系统 网格分布 人工物理 虚拟力 分布式控制
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多变魔方机器人的控制系统设计
19
作者 揭宗昌 郭力峰 蔡泽辉 《微型机与应用》 2011年第7期101-103,106,共4页
介绍了一种新型的可重构模块化机器人(多变魔方机器人),它同时拥有自重构、自组装和群体机器人的特点。多变魔方机器人的每个模块都可以自主移动并与其他模块自组装成魔方结构,还可以被配置成各种不同形态,实现变形。多变魔方机器人选... 介绍了一种新型的可重构模块化机器人(多变魔方机器人),它同时拥有自重构、自组装和群体机器人的特点。多变魔方机器人的每个模块都可以自主移动并与其他模块自组装成魔方结构,还可以被配置成各种不同形态,实现变形。多变魔方机器人选用控制功能强大的ARM芯片和高可靠的ATmega8单片机,应用Zigbee无线网络通信构建了模块化分布式控制系统,有效地实现了机器人的运动控制。本文详细描述了多变魔方机器人模块的硬件结构,软件体系以及系统的工作原理。 展开更多
关键词 可重构 模块化机器人 自组装 分布式控制系统 ZIGBEE
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基于CAN总线的轮式机器人分布式控制系统设计
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作者 张艳芬 李彬彬 刘旭东 《辽宁师专学报(自然科学版)》 2017年第3期78-81,88,共5页
通过分析国内外机器人的发展现状和传感技术应用研究,设计了一款轮式的移动机器人,设计中采用分布式控制系统、模块化设计,运用合理的算法并搭建以CAN总线通信为核心的硬件平台,使硬件设计更紧凑,运动响应更迅速,机器人出色地完成了全... 通过分析国内外机器人的发展现状和传感技术应用研究,设计了一款轮式的移动机器人,设计中采用分布式控制系统、模块化设计,运用合理的算法并搭建以CAN总线通信为核心的硬件平台,使硬件设计更紧凑,运动响应更迅速,机器人出色地完成了全向移动和云台平稳控制,发射机构可实现单发或连发控制,并轻松完成机器人的具体操作.机器人具有很高的灵活度、维护方便、系统可靠、容错性高、成本低等优点,还可扩展功能模块用于勘察、巡检、监视、清洁等移动机器人领域. 展开更多
关键词 机器人 分布式控制系统 模块化设计 PID控制算法
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