1、多机器人覆盖技术研究进展作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：蔡自兴， 崔益安， CAI Zi-xing， CUI Yi-an蔡自兴,CAI Zi-xing(中南大学,信息科学与工程学院,长沙,410083)， 崔益安,CUI Yi-an(中南大学,信息科学与工程学院,长沙,410083;中南大学,信息物理工程学院,长沙,410083)控制与决策CONTROL AND DECISION2008，23(5)0次1.Douglas W Gage Command control for many-robot systems 1992(4)2.Zack J Butler Distri
2、buted coverage of rectilinear environments 20003.Sylvia C Wong.Bruce A MacDonald A topologica coverage algorithm for mobile robots 20034.Maxim A Batalin.Gaurav S Sukhatme Sensor coverage using mobile robots and stationary nodes 20025.Maxim A Batalin.Gaurav S Sukhatme The analysis of an efficient alg
3、orithm for robot coverage andexploration based on sensor network deployment 20056.Zheng Xiao-ming.Sonal Jain.Sven Koenig Multi-robot forest coverage 20057.Ercan U Acar.Howie Choset Robust sensor-based coverage of unstructured environments 20018.Enrique Gonzilez.Mauricio Alarcon.Paula Aristiziibal BS
4、A:A coverage algorithm 20039.Yoav Gabriely.Elon Rimon Spanning-tree based coverage of continuous areas by a mobile robot 200110.Keith J O Hara.Tucker R Balch Pervasive sensorless networks for cooperative multi-robot tasks200411.Maxim A Batalin.Gaurav S Sukhatme Spreading out:A local approach to mult
5、i-robot coverage 200212.Kurabayashi D.Ota J.Arai T Cooperative sweeping by multiple mobile robots 199613.Ercan U Acar.Howie Choset.Prasad N Atkar Complete sensor-based coverage with extended-rangedetectors:A hierarchical decomposition in terms of critical points and voronoi diagrams 200114.Ercan U A
6、car.Howie Choset.Alfred A Rizzi Morse decompositions for coverage tasks 2002(4)15.Sylvia C Wong.Lee Middleton.Bruce A MacDonald Performance metrics for robot coverage tasks 200216.Sylvia C Wong.Lee Middleton.Bruce A MacDonald Creating composite images for estimating theeffectiveness of mobile robot
7、coverage algorithms 200317.Enders H.Feiten W.Lawitzky G Field test of autonomous cleaning in supermarkets 199818.David C Conner.Aaron Greenfield Paint deposition modeling for trajectory planning on automotivesurfaces 2005(4)19.Nicoud J.Habib M The pemex autonomous detaining robot:Perception and navi
8、gation strategies 199520.Wagner A.Arkin R C Multi-robot communication-sensitive reconnaissance 200421.Kantor G A.Singh S.Peterson R Distributed search and rescue with robot and sensor teams 200322.Sanem Sariel.Levent Akin H A novel search strategy for autonomous search and rescue robots 200523.Tao W
9、ei-min.Mingiuu Zhang.Tzyh-Jong Tarn A genetic algorithm based area coverage approach forcontrolled drug delivery using micro-robots 2005(1)24.Abraham N J.Wolf A.Choset H A potential function approach to surface coverage for a surgicalrobot 2006(1)25.Dana R Yoerger.Albert M Bradley.Barrie B Walden Fi
10、ne-scale seafloor survey in rugged deep-oceanterrain with an autonomous robot 200026.Koenig S.Szymanski B.Liu Y Efficient and inefficient ant coverage methods 2001(1-4)27.Kuniyoshi Y.Yasuo Kita.Nobuyuki Rougeaux Vision based behaviors for multi-robot cooperation 199428.Ioannis Rekleitis.Vincen Lee-s
11、hue.Ai Peng New Limited communication,multi-robot team basedcoverage 200429.Singh K.Fujimura K A navigation strategy for cooperative multiple mobile robots 199330.Yamauchi B Decentralized coordination for multi-robot exploration 1999(2)31.Latombe J C Robot motion planning 199132.Choset H.Pignon P Co
12、verage path planning:The boustrophedon decomposition 199733.Choset H.Burdick J Sensor based planning I:The generalized voronoi graph 199534.Howie Choset Coverage for robotics-A survey of recent results 2001(1-4)35.Gage D W Randomized search strategies with imperfect sensors 1993(3)36.Kjerstin Easton
13、.Joel Burdick A coverage algorithm for multi-robot boundary inspection 200537.Hazon N.Kaminka G Redundancy,efficiency,and robustness in multi-robot coverage 200538.Min T W.Yin H K A decentralized approach for cooperative sweeping by multiple mobile robots 199839.Wagner I A.Lindenbaum M.Bruckstein A
14、M MAC vs PC:Determinism and randomness as complementaryapproaches to robotic exploration of continuous unknown domains 2000(1)40.Payton D.Daily M.Estkowski R Pheromone robotics 2001(3)41.Duckett T.Nehmzow U Mobile robot self-localization and measurement of performance in middle-scaleenvironments 199
15、8(1)42.Nehmzow U Quantitative analysis of robotenvironment interaction on the difference betweensimulations and the real thing 200143.Yoav Gabriely.Elon Rimon Spiral-STC:An on-line coverage algorithm of grid environments by amobile robot 200244.Zelinsky A.Jarvis R A.Byrne J C Planning paths of compl
16、ete coverage of an unstructuredenvironment by a mobile robots 199345.Ercan Umut Acar Complete sensorbased coverage of unknown spaces.Incremental construction ofcellular decompositions 200246.Iwan R Ulrich.Francesco Mondada.Nicoud J D Autonomous vacuum cleaner 1997(3-4)47.Gerkey B P.MatarieM J A form
17、al analysis and taxonomy of task allocation in multi-robot systems2004(9)1.会议论文 陈沈轶 .钱徽 .朱淼良 .秦志斌 多机器人监控系统覆盖问题的评价模型 2005本文把多机器人监控系统和无线传感器网络联系起来,提出对网络覆盖问题的统一的评价模型.该模型基于概率论,对联合置信度采用加权叠加求平均的方法,然后计算某个置信度阈值,得到满足条件的区域面积和总面积的比值,从而对系统进行定量和定性的评价,并由此得到一种优化覆盖的策略.模型对特殊防护区域也进行了讨论.2.期刊论文 周彤 .洪炳殚 .朴松昊 .周洪玉 .ZHOU T
18、ong.HONG Bing-rong.PIAO Song-hao.ZHOU Hong-yu 基于局部信息的移动感知网覆盖方法 -计算机应用研究2008,25(7)移动感知网是一个由许多带有传感器的自主移动机器人组成的分布式传感器网络.为了更好地部署这些移动机器人节点,形成最大化覆盖感知区域,提出了一种基于机器人局部信息的分布式感知网覆盖方法.每个节点利用与邻居节点之间的虚拟人工势场产生的虚拟作用力来控制移动节点的运动和节点间的避碰,使移动节点能够在允许的时间内,以较少的能量消耗移动到各自理想的位置.采用李亚普诺夫函数进行了感知网节点势场梯度的理论分析,用计算机仿真实验验证了该方法的有效性,并与
19、模拟退火算法进行了性能比较.3.学位论文 曾维彪 移动机器人的全区域覆盖算法研究 2007本论文来源于国家自然科学基金支持的重点项目“未知环境下移动机器人自主导航理论与方法的研究”(项目号：60234030)和国家基础研究项目“多移动体的协作技术研究”(项目号：A1420060159)。作为上述项目研究的一部分，本论文研究目标是针对未知静态区域，分别提出一种单、多机器人的全区域覆盖算法，使移动机器人可靠、高效的遍历区域，遍历过程中完成相应的任务。 根据研究目标，本论文开展了以下几个内容的研究：(1) 提出一种新的全区域覆盖算法-对Acar算法的改进。算法根据机器人位置的变化确定机器人行走方向，
20、当机器人沿障碍物边界行走时，如果机器人行走方向发生改变，则可检测到障碍物的关键点。可解决Acar算法中要求机器人带有全方位传感器、仅能处理边界曲线光滑的障碍物以及不能有切线平行于障碍物边界的缺陷。 (2) 结合中南大学智能控制研究所自行研制的移动机器人MORCS-1的相关特性，通过实验，验证了本文新的全区域覆盖算法的可行性和正确性，详细分析了实验结果。 (3) 针对单机器人进行全区域覆盖的一些缺陷，在Rekleitis I算法的基础上，结合本文新的全区域覆盖算法，提出一种基于多机器人协作的全区域覆盖算法。算法利用两探索机器人沿边界行走时是否改变机器人行走方向和两者是否直线可见两种方式检测障碍物
21、的关键点；设计了两探索机器人沿边界行走时保持直线可见的行走规则以及两探索机器人直线可见被中断时，如何恢复两者直线可见并保证仅环绕覆盖障碍物上下相邻区域的规则；算法既可用于快速的环境探索又可用于高效的全区域覆盖。 (4) 本文提出的单、多机器人全区域覆盖算法中，都不需要Reeb图或邻接图来表示单元和关键点之间的关系以保证完全覆盖区域或引导机器人走向未覆盖区域，而是设计一种新的区域覆盖方式：根据一定规则依次覆盖所有障碍物的上下相邻单元，当机器人找到凹关键点且左、右凸关键点集不存在其它关键点时，全区域覆盖成功，可解决Acar算法和Rekleitis I算法不能处理同一切线上存在多个关键点的缺陷。4.
22、会议论文 彭力 .李超 .赵龙 .谈金东 基于移动传感网络模型的多机器人编队控制 2008移动传感器网络越来越受到人们的关注。其模型的建立，有利于对系统的深入分析。本文给出了一种基于定位信息和图论的分布式传感器网络模型。用Delaunay三角剖分描述节点实体和他们的关系以及结点之间的信息传递和融合；用Voronoi图定义节点覆盖的区域。该模型可以克服现有基于固定基站来定位的系统的缺点，使网络更具灵活性。并在此模型的基础上，研究了几种多机器人编队控制方法，提出了更具稳定性和柔性的混合编队算法，仿真结果表明其能更好的完成一项较复杂的任务。5.学位论文 闫继宏 基于Internet多机器人遥操作系统
23、及其协调控制的研究 2004网络时延和多机器人运动冲突是基于Internet的多操作者多机器人遥操作系统中存在的主要问题,时延问题严重影响了系统的稳定性和透明性,而运动冲突问题则影响了系统的安全性和灵活性.本文以此为出发点,基于共享控制策略,提出一种分层体系结构.引入协调控制层,建立了多操作者、多机器人之间的智能融合与协作机制,结合交互监控层、行为控制层实现了人的干预与机器人自主能力相结合的共享控制结构.据此,建立了基于Internet的多操作者多机器人遥操作系统,该系统具有较高的智能水平、安全性与可靠性.基于Internet多操作者多机器人遥操作系统具有分布性、不确定等特点,结合Petri网
24、理论建立了系统状态变迁模型.采用覆盖树方法分析系统的动态逻辑特性,保证实际系统的稳定性和安全性.在此基础上,设计协调控制器,通过任务协调、实时避碰、通讯三个模块在从操作端实现了多操作者与多机器人之间的协调控制,降低了网络传输时延对系统的影响,提高了系统的效率和安全性.提出基于Petri网的多机器人任务规划方法.通过引入显式操作、隐式操作的概念,采用Petri网有效扩充原理,建立了机器人运动状态、异常状态、手爪状态的任务规划Petri网模型,基于库所不变量的方法设计任务规划器,限定了多机器人协调过程中机器人的运动状态,从而实现了机器人的自主规划和对运动状态变迁过程的控制,保证了系统的作业性能.基
25、于虚拟斥力的策略实现多机器人协作作业中多机器人之间、机器人与环境之间的避障.采用基于模型和传感器相结合的方法实现系统碰撞检测.在机器人杆件周围设定安全区域,将机器人之间的碰撞检测简化为圆柱形连杆的干涉问题,提高了机器人碰撞检测的实时性.根据弹簧、阻尼模型建立机器人与障碍之间的虚拟斥力关系,实现机器人的轨迹调整.实验证明该避碰算法能够有效地实现两个六自由度机器人之间的实时避碰.-面向高危病毒医学实验室的无人化操作应用前景,建立了基于Internet的多操作者多机器人医学病毒实验遥操作系统,两个操作者可以通过Internet网络分别控制Rx60、Rx90机器人协作完成抓取试管、滴入试剂、提取样本、
26、显微观察等操作.实验结果表明协调控制器的引入有效性地解决了多机器人遥操作系统中网络时延及运动冲突问题,提高了系统作业性能.6.学位论文 苏理 环境探测的多机器人路径规划研究 2007多机器人协调合作是多机器人系统中一个重要部分。与单个复杂机器人相比，多机器人系统具有设计周期短，系统可靠性高，任务执行效率高，适应任务空间分布等优点。但必须要有好的协作算法对它们执行任务进行协调，避免相互干扰和相互冲突，这样才能发挥多机器人系统的整体优势。路径规划作为移动机器人研究领域的一个主要研究方向，主要指机器人如何有效利用环境信息，规划一条适当的从起点到终点的避障运动路径。它是机器人执行各种任务的基础，反映了
27、机器人在运动过程中与周围环境的交互能力。为此，本论文针对智能机器人的环境探测任务，提出了基于环境探测的多机器人路径规划算法。 首先介绍了多机器人的发展概况及其路径规划方法。在总结前人经验的基础上，针对多机器人环境探测问题，基于环境栅格地图，建立了多机器人系统运动模型，分别提出了已知环境和未知环境的多机器人路径规划算法。对于已知环境，基于广义Voronoi图和中轴图，提出了具有分区优化算法的全局路径规划算法，并且使用拓扑结构深度优先算法和Dijsktra算法进行了路径优化，实现了多机器人全覆盖探测最短路径规划。在未知环境中，建立了动态终点目标探测策略，结合A术算法给出了多机器人的局部路径规划算法
28、，提出了相应的冲突解决机制和避障机制。最后，运用MATLAB进行仿真，验证了多机器人全局路径规划算法和局部路径规划算法的有效性和可行性。7.学位论文 谢斌 移动机器人遍历运动规划与多机器人仿真软件开发 2006移动机器人遍历运动规划应用广泛，如清洁机器人、草坪修剪机、自主收割机、自主地面矿藏探测器以及军事上的自主排雷等。遍历运动规划不仅要求机器人能够从起点运动到终点，而且要求机器人覆盖工作空间中的所有可达区域。本文主要研究两方面内容：移动机器人的遍历运动规划和多机器人仿真平台的开发。 本文提出了一种用于移动机器人完全遍历运动规划的基于改进的NodeCounting的在线图搜索方法。通过扩大遍历
29、时的局部搜索空间，加快了对移动机器人工作空间的搜索。为了避免多机器人协作遍历时机器人之间的碰撞以及减少重复路径，提出将虚拟力与改进的NodeCounting结合的新方法，并将其应用于多机器人协作遍历运动规划。仿真实验表明：基于改进的NodeCounting的在线图搜索方法具有良好的遍历性能，虚拟力的应用有效地解决了多机器人避碰，而且减少了机器人的遍历重复率。进一步的仿真研究表明，当发生机器人被“绑架”、信息素被破坏、或机器人发生故障等情况时，算法仍具有较好的鲁棒性。 机器人仿真软件是开展机器人学研究的一个重要工具。本文设计了一个基于Client/Server架构的较为通用的多机器人仿真平台软件
30、。软件采用Java语言编写，由环境/机器人编辑器、服务器端程序以及客户端程序组成。编辑器应用了RCP和GEF技术，使得用户可对环境和机器人进行可视化编辑。服务器端采用了多线程技术，实现了仿真模型建立、仿真计算、仿真过程显示、记录、与客户端的通信等功能。客户端由用户编写，通过仿真通信协议与服务器端进行通讯，完成与服务器端的相应机器人的交互。该仿真软件已用于多机器人系统基本功能的仿真。8.期刊论文 周彤 .洪炳镕 .朴松昊 .Zhou Tong.Hong Bingrong.Piao Songhao 基于虚拟力的混合感知网节点部署 -计算机研究与发展2007,44(6)感知网一般是由静态的或移动的节
31、点组成,为保证感知网的感知功能,节点应该有自部署和自修复能力.然而全部由移动传感器组成的感知网的成本太高,为保证感知网的覆盖功能和低成本,提出了一种在静态传感器节点中加入移动传感器节点的混合感知网形式.为了更好地部署这些节点,最大化覆盖待感知区域,提出了一种基于节点间虚拟力的移动节点部署方法,利用静态节点和移动节点以及移动节点之间的虚拟人工势场产生的作用力来控制移动节点的运动,使移动节点能够在较短的时间内,以较少的能量消耗到达自己合适的位置.在理论上分析了算法的可行性,用仿真实验验证了此算法的有效性,并和其他3种类似算法进行了性能比较.9.期刊论文 苏鸿明 .陈雄 .韩建达 .SU Hong-ming.CHEN Xiong.HAN Jian-da 多机器人的改进型边界探索算法 -系统工程与电子技术2009,31(4)针对多机器人探索未知环境问题,提出了改进型边界探索算法.该算法综合考虑边界角度和距离两种因素,引入分散机制,使机器人团队协同工作,避免出现拥挤,减少探索过程中的重复覆盖和路径交又现象.基于与其他方法的实验比较结果表明,该探索方法使多机器人具有更好的团队协作能力,提高了探索效率.本文链接：http:/ 年 9 月 21 日
