群体机器人协同运动与避障仿真

178-群体机器人协同运动与避障仿真

一、问题定义
在大规模巡检、灾后搜索、仓储搬运和环境监测等任务中，群体机器人通过数量优势和空间并行性提升覆盖效率与冗余度。然而，缺乏集中控制时，个体如何在局部传感与邻居交互的前提下，完成目标聚集、避障与队形保持，是工程化落地的关键难点。本程序面向“20 台移动机器人在 50×50 平方米区域内协同运动”的标准场景，给出从随机初始化、行为融合决策到可视化输出的完整仿真流程。环境包含若干固定障碍物与一个或多个时变目标点，系统侧重验证在目标切换、障碍聚集和局部拥挤条件下的稳定性与响应速度。

二、总体架构
1）环境与参数：建立二维工作区间、墙体/障碍物集合与目标点序列；设置安全距离、最大速度、角速度与感知半径等参数。  
2）个体模型：每个机器人包含位置、航向与速度等状态；控制通道为线速度与角速度，带限幅和变化率限制，以满足实际平台可实现性。  
3）传感与通信：个体可测得与目标的相对方位、与障碍的最小距离、与邻居的相对位置与速度；通信采用近邻共享的轻量结构，不依赖全局同步。  
4）行为融合：四类核心行为——目标寻迹、避障、碰撞规避和队形保持——在每个时刻计算各自的“建议速度/转向”，经权重与优先级整合后输出最终控制量。  
5）仿真引擎：离散时间推进状态并记录轨迹、误差、密度和最小距离等指标；支持目标点切换与障碍参数在线修改，便于对比测试