基于一致性理论的多机器鱼编队控制

针对多机器鱼系统的一致性问题,设计一种基于一致性理论的多机器鱼编队控制模型。采用一个基于拓扑结构的多机器鱼编队控制模型描述机器鱼之间的信息交换方式,分析该模型下的有向网络取得渐近一致性的条件,并应用到领航者一跟随者模式下的编队控制中,将任意的队形转化为“一跟一”的局部“领导-跟随”关系并奔向目标区域,并在水中机器鱼2D仿真平台上进行仿真分析。仿真结果表明：该编队理论在多机器鱼控制系统中是有效的。     

基于二阶邻居网络拓扑的多机器鱼一致性研究

为加快多仿生机器鱼群体游动的一致性收敛速度,采用一种基于二阶邻居网络拓扑结构的多机器鱼控制模型来描述机器鱼之间的信息交换方式。为易于分析描述,用图论概念进行定义,将编队中的机器鱼构成＂多机器鱼队形图＂。探讨群体机器鱼系统一致性问题,利用数学模型进行一致性分析,并在水中机器鱼2D仿真平台上进行仿真分析。仿真结果表明,基于二阶邻居网络拓扑的多机器鱼有良好的一致性和快速的收敛性。     

机器鱼双闭环正弦形轨迹跟踪控制方法

为实现机器鱼位置和姿态的实时轨迹跟踪控制,通过将姿态控制作为内环、位置控制作为外环的方式设计双闭环控制算法。内环通过采用滑模控制器使得其收敛速度大于外环,保证闭环控制系统整体稳定性,通过李亚普诺夫稳定性定理证明机器鱼位置姿态双闭环控制系统具有渐近稳定性。仿真结果表明：该方法可有效控制机器鱼纵垂面轨迹的实时追踪;实验中机器鱼完成预设运动共耗时12 s,其轨迹最大误差和平均误差分别为0.078 m和 0.052 m,验证了双闭环算法在机器鱼轨迹跟踪控制中的有效性和高效性。     

基于任务规划的多机器鱼协作策略

为解决2D仿真机器鱼比赛中多鱼对抗项目的任务分工、整体合作及实时动态调整问题,提出基于多机器鱼协作任务规划原理的协作策略。根据机器鱼自身完成任务的能力和效率,将给定的任务分解和分配,按照各比赛项目的特征分别采取不同的协作策略:对2vs2采用群协作分配方式,5vs5项目采用集中分配方式,并设计了三鱼协作队形以提高动作的有效性。仿真结果表明:该协作任务规划方法可增强多鱼的协作能力、动态调整能力和进球率,较好地满足了多机器鱼系统的控制要求。     

水中机器人2D仿真平台的直线优化算法

基于 URWPGSim2D 仿真平台,提出在水中搬运项目上的一种直线优化算法.分析仿真机器鱼的运动特性,介绍2D仿真机器鱼现有的point to point算法,给出优化后的直线算法,并通过实验进行验证.实验结果表明:优化后的算法能有效提高机器鱼的稳定性,能更好地进行控制,可为水中机器人其他项目仿真鱼的控制提供参考.     

基于坐标变换的机器鱼顶球算法

为了使机器鱼的顶球兼备速度性和连贯性并提高带球进攻效率,提出一种基于坐标变换的顶球算法。在分析典型的顶球算法的基础上,设计了机器鱼的几种简单动作,依据机器鱼、球和对方球门的坐标几何位置关系的设计决策机制来选择机器鱼下一步动作,并在多水中机器人协作控制平台上进行了单鱼顶球实验。实验结果表明,该算法是有效的,能大大提高机器鱼顶球效率和缩短一次进球所需要的时间。     

机器鱼比赛中的协作策略

通过建立反映控制对象定位信息的环境模型,针对多机器鱼协作顶球策略进行研究。提出通过多竞标函数与模糊控制规则进行动态任务分配,实现多机器鱼协调控制的算法。实验结果表明,采用所提控制策略,机器鱼能快速地完成协作顶球任务。     

基于合作博弈的多机器鱼路径规划

为更好地实现机器鱼之间的协作,避免只规划单个机器鱼的最优路径而使系统运动有失协调性,提出基于合作博弈的多机器鱼路径规划方法。利用博弈论中的合作博弈建立数学模型,将系统中的多机器鱼对应于博弈的参与者,对多机器鱼路径构造合作模型下的博弈方得益函数,求得系统的帕累托(Pareto)最优解,从而得到整个系统的最优路径。在水中机器人2D仿真平台上进行实验分析并用Matlab模拟机器鱼轨迹。分析结果表明,该路径规划理论应用在多机器鱼运动系统中是有效、可行的。     

基于URWPGSim2D 仿真新平台的花样游泳策略

针对2016国际水中机器人大赛花样游泳项目的URWPGSim2D仿真新平台,提出仿真机器鱼的位姿变化、路径规划、规定动作和自由动作的实现策略.为完成在规定时间内实现规定动作和自由动作的大赛要求,采用分时准备的思想,提出动态判断调整函数和跟随距离函数算法,设计多个主题鲜明、具有创意的动作,并通过多次实验验证.实验结果表明:该策略能解决多条仿真机器鱼协作配合困难的问题,具有较高的观赏性.     

基于条件决策的花样游泳算法

针对在全局视觉组花样游泳项目中出现的机器鱼不受控制的现象,提出一种易于实现的基于条件决策的花样游泳算法。通过对3条机器鱼同时运行时各自所处的位置以及相互之间碰撞的分析,对3条机器鱼处在不同状态时所能满足的条件进行判断,以此来决定执行相应的策略。实验结果表明:利用该算法完成的花样游泳项目具有较好的流畅性和较高的观赏性。而且该算法具有较好的扩展性,通过增加判断条件可以实现更加复杂的运动控制。     

基于状态切换的分布式多机器人编队控制

人工势场方法、虚拟结构方法、领导跟随方法、基于行为的方法等传统多移动机器人编队控制算法,都只在编队控制的某个环节有较好的效果,并没有有效解决编队组建、行进、变换、避障等一系列完整动作。针对上述算法的优缺点及适应情形,应用切换系统的思想,提出了基于状态切换的分布式多机器人编队控制算法。设计了基于复合信息的状态切换触发机制,通过机器人自身状态和周围环境适时触发切换机制,合理选择编队控制的一种或多种算法;提出了基于超宽带（UWB）测距的队形反馈机制,利用UWB数据结构简单、便于在微型移动机器人上进行处理的特点,实时完成对整个编队队形的保持和反馈,同时提出分布式状态估计算法,为触发机制提供机器人的运行状态。通过搭建多移动机器人平台,将所提策略应用到实际机器人编队控制中,验证了算法的有效性和稳定性。     

三关节仿生机器鱼的设计与验证

为提高推进模式机器仿生鱼的游动效率,以鲨鱼为仿生对象,设计一种三关节仿生机器鱼平台。依据鯵 科鱼类游动机理,采用大扭矩舵机模拟鲨鱼的摆动,通过CPG 的控制算法实现机器鱼在不同速度档位的游动、转弯 等动作,通过PID 算法实现了机器鱼的定向巡航游动,并对机器鱼样机进行测试验证。测试结果表明,该设计可为 三关节仿生机器鱼设计提供参考。     

一种机器鱼的位姿镇定控制算法

通过研究机器鱼的位姿镇定问题,提出一个两阶段的控制律。2个阶段分为:快速游向目标点和精确的位姿调整。在第一阶段,通过使用一种改进后的比例导引控制律,使机器鱼快速游向目标点;在第二阶段,采用一种时变反馈控制律来精确调整其位置和方向。最后,在全局视觉实验平台上进行了机器鱼的推球实验,实验结果验证了该算法的有效性。     

基于虚拟切线圆的机器鱼比赛进攻策略

为提高机器鱼射门的成功率,提出了基于虚拟切线圆的机器鱼比赛进攻策略。通过切线圆来调整机器鱼的方向,解决了改变方向时电机的抖动和不稳定性问题,使机器鱼快速准确的调整位姿,到达指定的进攻角度和位置,从而达到快速而准确的射门效果。同时,利用模糊控制准确地控制机器鱼的方向,以便更好地进攻。实验证实了该方法的有效性和可行性。