Robotic swarm systems are now becoming increasingly attractive for many challenging applications. The main task for any robot is to reach the destination while keeping a safe separation from other robots and obstacles. In many scenarios, robots need to move within a narrow corridor, through a window or a doorframe. In order to guide all robots to move in a cluttered environment, a curve virtual tube with no obstacle inside is carefully designed in this paper. There is no obstacle inside the tube, namely the area inside the tube can be seen as a safety zone. Then, a distributed swarm controller is proposed with three elaborate control terms: a line approaching term, a robot avoidance term and a tube keeping term. Formal analysis and proofs are made to show that the curve virtual tube passing problem can be solved in a finite time. For the convenience in practical use, a modified controller with an approximate control performance is put forward. Finally, the effectiveness of the proposed method is validated by numerical simulations and real experiments. To show the advantages of the proposed method, the comparison between our method and the control barrier function method is also presented in terms of calculation speed.


翻译:目前,对于许多具有挑战性的应用,机器人群温系统越来越具有吸引力。任何机器人的主要任务是到达目的地,同时与其他机器人和障碍保持安全分离。在许多情况下,机器人需要通过窗口或门框在狭窄的走廊内移动。为了引导所有机器人在混乱的环境中移动,本文件谨慎地设计了一个没有内部障碍的曲线虚拟管。管内没有障碍,即管内的区域可以被视为安全区。然后,提出一个分布式的群温控制器,有三个复杂的控制条件:一行接近的术语、机器人避免的术语和管的保存术语。正式的分析和证明表明曲线虚拟管通过的问题可以在有限的时间内解决。为了便于实际使用,可以提出一个具有近似控制性能的修改控制器。最后,拟议方法的有效性通过数字模拟和真实的实验得到验证。为了显示拟议方法的优点,我们的方法与控制屏障功能方法之间的比较也是以计算速度表示的。

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