多机器人协同控制技术及应用

本书立足于多机器人协同作业的应用场景，从软件、硬件、平台通信等多维度全面剖析多机器人协同控制的实现技术。书中详细说明了多台机器人协同作业的建模方法、有限时间收敛下多机器人协同控制设计、复杂网络环境中多机器人协同控制算法与控制器设计、多机器人控制平台搭建与验证等内容，尤其是对多机器人控制的系统动力学、分布式控制器设计等关键点与技术难题进行了透彻讲解，可以为机器人设计及相关领域技术人员提供深入的指导。 本书可供机器人、智能控制、人工智能等方向的研究人员以及机器人等行业的控制工程师参考。

无

第1章 多机器人协同控制的研究背景与现状 001 1.1 背景与意义 001 1.2 国内外研究现状 003 1.2.1 复合机器人开发研究现状 003 1.2.2 多台复合机器人协同控制研究现状 007 1.2.3 速度测量受限 009 1.2.4 网络通信受限 010 1.3 主要研究内容 014 第2章 多机器人协同控制建模 017 2.1 系统动力学方程 017 2.1.1 系统定义 017 2.1.2 Lagrangian 系统的性质 018 2.1.3 典型的Lagrangian 系统 019 2.2 通信网络模型 022 2.2.1 图论基础 022 2.2.2 通信图的相关矩阵 023 2.3 协调控制目标 025 2.4 相关理论 026 第3章 考虑收敛时间意义下多机器人协同控制 029 3.1 考虑收敛时间意义下一致性问题描述 029 3.2 多机器人有限时间协同控制 030 3.2.1 问题描述 030 3.2.2 控制器设计 030 3.2.3 设计实例 039 3.3 多机器人固定时间分布式优化控制 040 3.3.1 问题描述 040 3.3.2 控制器设计 042 3.3.3 设计实例 046 3.4 多机器人指定时间协同优化控制 048 3.4.1 问题描述 048 3.4.2 控制器设计 050 3.4.3 设计实例 054 第4章 存在时间延迟情况下协同算法设计 057 4.1 引言 057 4.2 单自由度系统协同控制 058 4.3 多自由度Lagrangian 系统协同控制 061 4.3.1 PD 类控制器设计 061 4.3.2 P 类控制器设计 064 4.3.3 与其他方法的对比 066 4.3.4 二自由度机械臂数值仿真 067 4.4 通信时延网络中有领航者的多Lagrangian系统一致性 071 4.4.1 问题描述 071 4.4.2 自适应协同控制构架设计 071 4.4.3 领航者为静态时的协同算法 072 4.4.4 领航者为动态时的协同算法 075 4.4.5 数值仿真 077 4.5 含自时延参数未知系统的协同控制 081 4.5.1 问题描述 081 4.5.2 含有自时延情况下的聚合控制 081 4.5.3 数值仿真 085 4.6 自时延和通信时延同时存在时Lagrangian 系统一致性 088 4.6.1 问题描述 088 4.6.2 自适应控制器设计 089 4.6.3 数值仿真 094 本章小结 096 第5章 通信拓扑切换时协同控制算法 098 5.1 问题描述 098 5.2 混合拓扑模式下的控制器设计 099 5.3 单一拓扑模式下的控制器设计 101 5.4 仿真验证 103 5.5 实际控制案例 104 5.5.1 动力学建模 105 5.5.2 编队控制 109 5.5.3 无相对角速度测量的姿态一致性协同控制 110 5.5.4 含网络通信时延的分布式六自由度编队控制 110 5.6 连通切换网络中的一致性控制 114 5.6.1 参数已知Lagrangian 系统的一致性算法 115 5.6.2 参数不确定Lagrangian 系统的一致性算法 116 5.6.3 案例仿真 117 5.7 联合连通网络中多Lagrangian 系统的一致性 119 5.7.1 问题描述 119 5.7.2 无领航者的一致性 120 5.7.3 动态跟踪 123 本章小结 127 第6章 复杂网络环境中多机器人协同控制 129 6.1 引言 129 6.2 联合连通恒定时延网络中多Lagrangian系统协同控制 129 6.2.1 问题描述 129 6.2.2 主要结论 132 6.3 联合连通时变时延网络中多Lagrangian系统协同控制 135 6.3.1 相同时变时延 135 6.3.2 异质时变时延 139 6.3.3 控制实例 144 6.4 速度观测器设计 147 6.4.1 观测器设计 148 6.4.2 收敛性分析 150 6.4.3 案例仿真 152 本章小结 154 第7章 多领航者条件下多机器人系统姿态协调控制 155 7.1 引言 155 7.2 静态多领航者条件下多机器人系统姿态协调控制 155 7.2.1 问题描述 155 7.2.2 分布式控制器设计 156 7.2.3 数值仿真与分析 160 7.3 动态多领航者条件下多机器人系统姿态协调控制 165 7.3.1 问题描述 165 7.3.2 分布式控制器设计 166 7.3.3 数值仿真与分析 171 本章小结 176 第8章 多机器人控制系统平台搭建 177 8.1 基于ROS 的多机器人协作平台一体化开发方案 177 8.2 复杂约束条件与系统动力学特性的一体化建模 179 8.3 分布式控制器设计与性能分析 180 参考文献 182