Controlling large-scale particle or robot systems is challenging because of their high dimensionality. We use a centralized stochastic approach that allows for optimal control at the cost of a central element instead of a decentralized approach. Previous works are often restricted to the assumption of fully actuated robots. Here we propose an approach for underactuated robots that allows for energy-efficient control of the robot system. We consider a simple task of gathering the robots (minimizing positional variance) and steering them towards a goal point within a bounded area without obstacles. We make two main contributions. First, we present a generalized coordinate transformation for underactuated robots, whose physical properties should be considered. We choose Euler- Lagrange systems that describe a large class of robot systems. Second, we propose an optimal control mechanism with the prime objective of energy efficiency. We show the feasibility of our approach in numerical simulations and robot simulations.


翻译:控制大型粒子或机器人系统因其高维度而具有挑战性。 我们使用集中式的随机方法, 以中心要素为代价, 而不是分散式方法, 实现最佳控制。 以前的工作通常仅限于假设完全活化的机器人。 我们在这里建议了一种允许对机器人系统进行节能控制的低活化机器人的方法。 我们认为, 将机器人聚集起来( 最小化位置差异) 并引导它们走向一个封闭区内的目标点是一件简单的任务。 我们做出了两个主要贡献。 首先, 我们为未活化的机器人展示了一种普遍协调的转换, 其物理特性应该得到考虑 。 我们选择了描述大量机器人系统的 Euler- Lagrange 系统 。 其次, 我们提出了一种以节能为主要目标的最佳控制机制 。 我们在数字模拟和机器人模拟中展示了我们的方法的可行性 。

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