擬剛體編隊避障策略設計與實驗

Design and Experiment of Obstacle-Avoidance Strategy for Pseudo-Rigid Formation

李懿修(Yi-Hsiu Lee)

指導教授 ： 王立昇

共同指導教授 ： 張帆人

國立臺灣大學/工學院/應用力學研究所/碩士(2015年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2015.10629

摘要

本論文為進行擬剛體編隊避障策略設計之研究，以擬剛體為隊形搭配路徑規劃演算法，實際整合軟硬體，並進行實驗。
我們以擬剛體編隊法設計多載具的運動隊形，並將擬剛體的形變理論應用在編隊設計上，使多載具隊伍形狀由一組空間齊性形變張量來決定。擬剛體隊形容許旋轉、拉伸、剪變。而此具規則性的隊形比起剛體隊形更能適應於複雜環境。在路徑規劃部份以快速探索隨機樹(RRT)及路徑平滑技巧，規劃隊形的中心路徑。接著設計內部及外部虛擬位能函數來得到擬剛體的形變張量，求得各載具之參考路徑。
於實驗部份，我們首先以Kinect初步偵測環境並將資訊傳送到主控電腦做路徑規劃，於隊伍運動中以多載具協同機制，控制載具間的運動關係，並於運動中加入避障的功能；在避障方面，我們針對障礙物出現於隊伍不同位置的情形設計不同避障策略，並以Kinect偵測障礙物邊界、超音波偵測與障礙物距離，搭配模糊邏輯理論來調整形變張量參數。使隊伍能避開即時出現的障礙物，且在運動過程中隨時保持擬剛體隊形。經實驗測試，本論文所提出的避障方法可行。

關鍵字

擬剛體 ； 編隊 ； 避障 ； 路徑規劃 ； 模糊控制

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無資料

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Pseudo-Rigid Body ； Formation ； Obstacle-Avoidance ； Path-Planning ； Fuzzy control

參考文獻

[41] M.R. Andersen, T. Jensen, P. Lisouski, A.K. Mortensen, M.K. Hansen, T.Gregersen and P. Ahrendt, “Kinect Depth Sensor Evaluation for Computer Vision Applications,” Department of Engineering, Aarhus University. Denmark. 37pp. - Technical report ECE-TR-6, 2012

[1] S. L. Veherencamp, “Individual, kin, and group selection,” in Handbook of Behavioural Neurobiology, Vol. 3, Social Behavior and Communication, 1987.

[2] J. M. Cullen, E. Shaw & H. A. Baldwin, “Methods for Measuring the Three-Dimensional Structure of Fish Schools,” Animal Behavior, Vol. 13, pp. 534-543, 1965.

[4] R. G. Brown & J. S. Jennings, “A Pusher/Steerer Model for Strongly Cooperative Mobile Robot Manipulation,” IEEE Int’l Conf. Robots and Systems, Vol. 3, pp. 562-568, 1995.

[5] J. Huang, S. M. Farritor, A. Qadi & S. Goddard, “Localization and Follow-the Leader Control of a Heterogeneous Group of Mobile Robots,” IEEE Trans. Mechatronics, Vol. 11, No. 2, Apr. 2006.