34、基于力的协同物体运输编队合成方法

基于力的协同物体运输编队合成方法

1. 引言

在过去几十年里，机器人自动化对多个行业产生了巨大影响，提高生产力的主要驱动力一直是独立的机器人操纵器。为应对不断增加的自动化任务，前沿技术被用于拓展这些操纵器的能力边界，从而产生了高端、复杂的系统，这些系统通常是为特定任务量身定制的。

然而，在物流等领域，使用一组协作的简单机器人而非极其复杂的单个机器人，可能在多个方面具有优势。随着经济高效的处理单元技术的进步，合作机器人技术不仅在科研领域，而且在工业界都引起了更多关注。

合作物体运输是分布式机器人领域一个有意义的基准问题，它涉及机器人间通信、分散控制和自我协调等关键方面。此前许多解决方案存在局限性，而文献[2,3]提出的方案在待运输物体、参与机器人数量以及机器人自主重新分配方面表现出了很强的通用性，但该方案基于运输问题的几何解释，未明确考虑组织和运动规划中的作用力。

本文对基于力（基于二阶微分方程）的方法进行了改进，以新颖的方式定义了机器人代理所跨越的操作空间，该封闭集能内在地考虑代理的物理限制，可用于分布式机器人领域的其他问题。本文还利用该描述提出了一个基于优化的编队合成问题，以解决机器人在物体周围的分配问题，并且首次通过硬件实验明确测量和控制作用力完成了该任务。

2. 问题描述

• 操作对象 ：待操作的物体为多边形（可能非凸）的刚体，不受任何运动学约束。
• 移动机器人 ：所使用的移动机器人为全向机器人，圆形足迹半径为 (r_r \in R_{>0})，每个机器人配备一个单向力传感单元，用于测量物体与机器人