Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một nghiên cứu về hợp tác dựa trên lực trong bầy đàn
Tóm tắt
Hành vi hợp tác trong việc vận hành là một kỹ năng cơ bản của nhóm người, động vật và trong nhiều ứng dụng robot. Ngoài việc là một thách thức thú vị, các phương pháp không dựa trên giao tiếp đã được áp dụng cho các nhóm robot nhằm đạt được khả năng mở rộng cao hơn và thiết kế phần cứng, phần mềm đơn giản hơn. Chúng tôi trình bày một mô hình tổng quát và quy luật điều khiển cho các robot hợp tác thao tác với một đối tượng, dành cho cả hệ thống trên mặt đất và hệ thống nổi. Phương pháp điều khiển khai thác một sơ đồ lãnh đạo - người theo sau và chỉ dựa trên giao tiếp ngầm (tức là, cảm nhận lực tiếp xúc). Mục tiêu điều khiển chủ yếu là hướng dẫn đối tượng được vận hành bởi bầy đàn robot đến vị trí và hướng mong muốn một cách hợp tác. Đối với một hệ thống chỉ có một lãnh đạo, chúng tôi trình bày các kết quả phân tích về cấu hình cân bằng và độ ổn định của chúng, sau đó được xác thực bằng các mô phỏng số. Vai trò của các lực nội tại của đối tượng (do các robot tạo ra thông qua lực tiếp xúc) được thảo luận liên quan đến sự hội tụ của vị trí và hướng của đối tượng đến các giá trị mong muốn. Chúng tôi cũng trình bày một bài thảo luận về các thuộc tính bổ sung của hệ thống được điều khiển đã được điều tra bằng phân tích số tỉ mỉ, cụ thể là độ chắc chắn của hệ thống khi đối tượng chịu tác động bên ngoài trong các điều kiện không lý tưởng, và cách mà số lượng lãnh đạo trong bầy đàn có thể ảnh hưởng đến sự hội tụ và độ chắc chắn đã nêu.
Từ khóa
#hợp tác #điều khiển robot #lực tiếp xúc #cấu hình cân bằng #ổn định #bầy đànTài liệu tham khảo
Abbasnejad, G., & Carricato, M. (2015). Direct geometrico-static problem of underconstrained cable-driven parallel robots with n cables. IEEE Transactions on Robotics, 31(2), 468–478.
Anitescu, M., & Potra, F. A. (1997). Formulating dynamic multi-rigid-body contact problems with friction as solvable linear complementarity problems. Nonlinear Dynamics, 14(3), 231–247.
Berman, S., Lindsey, Q., Sakar, M. S., Kumar, V., & Pratt, S. C. (2011). Experimental study and modeling of group retrieval in ants as an approach to collective transport in swarm robotic systems. Proceedings of the IEEE, 99(9), 1470–1481.
Caccavale, F., Giglio, G., Muscio, G., & Pierri, F. (2015). Cooperative impedance control for multiple UAVs with a robotic arm. In 2015 IEEE/RSJ international conference on intelligent robots and systems (IROS) (pp. 2366–2371). IEEE.
Conti, R., Meli, E., Ridolfi, A., & Allotta, B. (2015). An innovative decentralized strategy for I-AUVs cooperative manipulation tasks. Robotics and Autonomous Systems, 72, 261–276.
de Wit, C. C., Siciliano, B., & Bastin, G. (1996). Motion and force control. In Theory of robot control, chapter 4 (pp. 141–175). Springer.
Di Leonardo, R., Angelani, L., Dell’Arciprete, D., Ruocco, G., Iebba, V., Schippa, S., et al. (2010). Bacterial ratchet motors. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(21), 9541–9545.
Farivarnejad, H., & Berman, S. (2018). Stability and convergence analysis of a decentralized proportional-integral control strategy for collective transport. In 2018 annual American control conference (ACC) (pp. 2794–2801). IEEE.
Ferrante, E., Turgut, A. E., Huepe, C., Stranieri, A., Pinciroli, C., & Dorigo, M. (2012). Self-organized flocking with a mobile robot swarm: A novel motion control method. Adaptive Behavior, 20(6), 460–477.
Ferrante, E., Turgut, A. E., Mathews, N., Birattari, M., & Dorigo, M. (2010). Flocking in stationary and non-stationary environments: A novel communication strategy for heading alignment. In International conference on parallel problem solving from nature (pp. 331–340). Springer.
Franchi, A., Petitti, A., & Rizzo, A. (2019). Distributed estimation of state and parameters in multi-agent cooperative load manipulation. IEEE Transactions on Control of Network Systems, 6(2), 690–701. https://doi.org/10.1109/TCNS.2018.2873153.
Franks, N. R. (1986). Teams in social insects: Group retrieval of prey by army ants (Eciton burchelli, Hymenoptera: Formicidae). Behavioral Ecology and Sociobiology, 18(6), 425–429.
Franks, N. R., Sendova-Franks, A. B., & Anderson, C. (2001). Division of labour within teams of new world and old world army ants. Animal Behaviour, 62(4), 635–642.
Fumagalli, M., Naldi, R., Macchelli, A., Forte, F., Keemink, A. Q., Stramigioli, S., et al. (2014). Physical interaction with the environment. IEEE Robotics & Automation Magazine, 21(3), 41–50.
Gabellieri, C., Tognon, M., Palottino, L., & Franchi, A. (2018). A study on force-based collaboration in flying swarms. In 11th international conference on swarm intelligence, Rome, Italy (pp. 3–15).
Gassner, M., Cieslewski, T., & Scaramuzza, D. (2017). Dynamic collaboration without communication: Vision-based cable-suspended load transport with two quadrotors. In 2017 IEEE international conference on robotics and automation, Singapore (pp. 5196–5202).
Grassé, P. P. (1959). La reconstruction du nid et les coordinations interindividuelles chezBellicositermes natalensis etCubitermes sp. la théorie de la stigmergie: Essai d’interprétation du comportement des termites constructeurs. Insectes Sociaux, 6(1), 41–80.
Ikeura, R., Monden, H., & Inooka, H. (1994). Cooperative motion control of a robot and a human. In 3rd IEEE international workshop on robot and human communication, 1994. RO-MAN’94 Nagoya, Proceedings (pp. 112–117). IEEE.
Kelly, I., & Keating, D. (1996) Flocking by the fusion of sonar and active infrared sensors on physical autonomous mobile robots. In Proceedings of the third international conference on mechatronics and machine vision in practice (Vol. 1, pp. 1–4).
Khalil, H. K. (2001). Nonlinear systems (3rd ed.). Upper Saddle River: Prentice Hall.
Kube, C. R., & Bonabeau, E. (2000). Cooperative transport by ants and robots. Robotics and Autonomous Systems, 30(1–2), 85–101.
Machado, M., Moreira, P., Flores, P., & Lankarani, H. M. (2012). Compliant contact force models in multibody dynamics: Evolution of the Hertz contact theory. Mechanism and Machine Theory, 53, 99–121.
Manubens, M., Devaurs, D., Ros, L., & Cortés, J. (2013). Motion planning for 6-D manipulation with aerial towed-cable systems. In: 2013 robotics: Science and systems, Berlin, Germany.
Marino, A. (2018). Distributed adaptive control of networked cooperative mobile manipulators. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 26(5), 1646–1660.
Mellinger, D., Shomin, M., Michael, N., & Kumar, V. (2013). Cooperative grasping and transport using multiple quadrotors. In Distributed autonomous robotic systems (pp. 545–558). Springer.
Moosavian, A., Ali, S., Rastegari, R., & Papadopoulos, E. (2005). Multiple impedance control for space free-flying robots. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 28(5), 939–947.
Nguyen, H. N., Park, S., & Lee, D. J. (2015). Aerial tool operation system using quadrotors as rotating thrust generators. In 2015 IEEE/RSJ international conference on intelligent robots and systems, Hamburg, Germany (pp. 1285–1291).
Pereira, P. O., Herzog, M., & Dimarogonas, D. V. (2016). Slung load transportation with a single aerial vehicle and disturbance removal. In 2016 24th Mediterranean conference on control and automation (MED) (pp. 671–676). IEEE.
Petitti, A., Franchi, A., Di Paola, D., & Rizzo, A. (2016). Decentralized motion control for cooperative manipulation with a team of networked mobile manipulators. In 2016 IEEE international conference on robotics and automation, Stockholm, Sweden (pp. 441–446).
Prattichizzo, D., & Trinkle, J. C. (2008). Grasping. In B. Siciliano & O. Khatib (Eds.), Springer handbook of robotics (pp. 671–700). Springer.
Rubenstein, M., Cabrera, A., Werfel, J., Habibi, G., McLurkin, J., & Nagpal, R. (2013). Collective transport of complex objects by simple robots: Theory and experiments. In 2013 international conference on autonomous agents and multi-agent systems (pp. 47–54).
Schneider, S. A., & Cannon, R. H. (1992). Object impedance control for cooperative manipulation: Theory and experimental results. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 8(3), 383–394.
Sieber, D., & Hirche, S. (2018). Human-guided multirobot cooperative manipulation. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 99, 1–18.
Somvanshi, P. R., Patel, A. K., Bhartiya, S., & Venkatesh, K. (2015). Implementation of integral feedback control in biological systems. Wiley Interdisciplinary Reviews: Systems Biology and Medicine, 7(5), 301–316.
Sreenath, K., & Kumar, V. (2013). Dynamics, control and planning for cooperative manipulation of payloads suspended by cables from multiple quadrotor robots. In Robotics: Science and systems, Berlin, Germany.
Tagliabue, A., Kamel, M., Verling, S., Siegwart, R., & Nieto, J. (2016). Collaborative transportation using MAVs via passive force control. In 2017 IEEE international conference on robotics and automation, Singapore (pp. 5766–5773).
Takubo, T., Arai, H., & Tanie, K. (2001). Human–robot cooperative handling using virtual nonholonomic constraint in 3-D space. In IEEE international conference on robotics and automation, 2001. Proceedings 2001 ICRA (Vol. 3, pp. 2680–2685). IEEE.
Tognon, M., & Franchi, A. (2017). Dynamics, control, and estimation for aerial robots tethered by cables or bars. IEEE Transactions on Robotics, 33(4), 834–845.
Tognon, M., Gabellieri, C., Pallottino, L., & Franchi, A. (2018). Aerial co-manipulation with cables: The role of internal force for equilibria, stability, and passivity. IEEE Robotics and Automation Letters, Special Issue on Aerial Manipulation, 3(3), 2577–2583. https://doi.org/10.1109/LRA.2018.2803811.
Tognon, M., Tello Chávez, H. A., Gasparin, E., Sablé, Q., Bicego, D., Mallet, A., et al. (2019). A truly redundant aerial manipulator system with application to push-and-slide inspection in industrial plants. IEEE Robotics and Automation Letters, 4(2), 1846–1851. https://doi.org/10.1109/LRA.2019.2895880.
Tsiamis, A., Verginis, C. K., Bechlioulis, C. P., & Kyriakopoulos, K. J. (2015). Cooperative manipulation exploiting only implicit communication. In 2015 IEEE/RSJ international conference on intelligent robots and systems (IROS) (pp. 864–869). IEEE.
Tuci, E., Groß, R., Trianni, V., Mondada, F., Bonani, M., & Dorigo, M. (2006). Cooperation through self-assembly in multi-robot systems. ACM Transactions on Autonomous and Adaptive Systems (TAAS), 1(2), 115–150.
Verginis, C. K., Nikou, A., & Dimarogonas, D. V. (2018). Communication-based decentralized cooperative object transportation using nonlinear model predictive control. In 2018 European control conference (ECC) (pp. 733–738). IEEE.
Wang, Z., & Schwager, M. (2016). Force-amplifying n-robot transport system (force-ants) for cooperative planar manipulation without communication. The International Journal of Robotics Research, 35(13), 1564–1586.
Yan, Z., Jouandeau, N., & Cherif, A. A. (2013). A survey and analysis of multi-robot coordination. International Journal of Advanced Robotic Systems, 10(12), 399.