近日，我校電氣與控制工程學(xué)院何舟教授團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人領(lǐng)域國際頂尖期刊《IEEE Robotics and Automation Letter》上發(fā)表題為“Optimal Path Planning for Multi-Robot Systems Using Petri Nets”的論文，為解決多機(jī)器人系統(tǒng)路徑規(guī)劃中的計(jì)算復(fù)雜度和實(shí)時(shí)性問題提供了新的解決方案。陜西科技大學(xué)何舟教授為該論文第一作者，電控學(xué)院研究生袁世龍為第二作者，陜西科技大學(xué)為第一通訊單位。
多機(jī)器人系統(tǒng)包括無人地面車輛和無人飛行器，已在搜救、巡檢、物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。作為?智能無人系統(tǒng)?的核心技術(shù)，其路徑規(guī)劃能力直接決定系統(tǒng)能否適應(yīng)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境，是衡量系統(tǒng)自動(dòng)化水平的關(guān)鍵指標(biāo)之一。然而，現(xiàn)有方法在處理復(fù)雜邏輯任務(wù)和大規(guī)模系統(tǒng)時(shí)常面臨計(jì)算復(fù)雜度高和實(shí)時(shí)性較差等問題。
圖1 離線計(jì)算-在線規(guī)劃的算法整體框架
針對(duì)上述難點(diǎn)，本研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于Petri網(wǎng)的多機(jī)器人系統(tǒng)最優(yōu)路徑規(guī)劃方法。通過將多機(jī)器人系統(tǒng)抽象為圖形化的Petri網(wǎng)模型，并設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)控制器，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)約束的形式化表征。為避免機(jī)器人數(shù)量增加而引發(fā)狀態(tài)爆炸問題，提出一種狀態(tài)空間壓縮方法和高效的實(shí)時(shí)在線規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人復(fù)雜任務(wù)的實(shí)時(shí)分配和最優(yōu)路徑規(guī)劃。理論分析與數(shù)值實(shí)驗(yàn)均表明，該方法在保證規(guī)劃最優(yōu)性的同時(shí)，顯著提升了計(jì)算效率和可擴(kuò)展性，尤其在機(jī)器人數(shù)量和環(huán)境規(guī)模不斷增加的情況下，表現(xiàn)出優(yōu)于現(xiàn)有方法的性能。
圖2 某車間環(huán)境下的不同復(fù)雜任務(wù)仿真軌跡
原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11122643
（核稿：周強(qiáng) 編輯：趙誠）
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