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多智能体协调控制平台设计方案

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标签: 多智能体系统

多智能体系统

多智能体协调控制平台。

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多智能体协调控制平台设计方案 多智能体系统MultiAgent System MAS是当今通信领域和控制领域相结合的研究热点该系统是多个智能体组成的集合, 可以协调一组智能体的行为,以协同地完成一个任务或求解问题多智能体技术的应用 领域非常广阔,包括智能机器人系统,交通控制,制造系统,分布式决策系统等多个方 面 多智能体协作策略的研究主要集中在路径规划,协作定位和协同避障等方面这些研 究使用仿真对提出的理论和方法进行评估,而较少涉及建立实验平台,分析协作策略在 实际系统中的性能因此,本设计方案从整体的角度上整合各项技术,设计了通用的多 智能体协调控制实验平台,实现多架无人机在未知环境下的室内编队飞行 pic 图1多智能体系统的组成结构 以下说明多智能体协调控制实验系统的总体设计方案该实验系统主要包括多旋翼无 人机定位系统地面站系统 1 多旋翼无人机 本实验平台的智能体采用5台六旋翼飞行器Awing M6,实物如图2所示该无人机能实现半自主飞行,zigbee控制及遥感控制,未采用......

多智能体协调控制平台设计方案 多智能体系统(Multi-Agent System, MAS)是当今通信领域和控制领域相结合的研究热点。该系统是多个智能体组成的集合, 可以协调一组智能体的行为,以协同地完成一个任务或求解问题。多智能体技术的应用 领域非常广阔,包括智能机器人系统,交通控制,制造系统,分布式决策系统等多个方 面。 多智能体协作策略的研究主要集中在路径规划,协作定位和协同避障等方面。这些研 究使用仿真对提出的理论和方法进行评估,而较少涉及建立实验平台,分析协作策略在 实际系统中的性能。因此,本设计方案从整体的角度上整合各项技术,设计了通用的多 智能体协调控制实验平台,实现多架无人机在未知环境下的室内编队飞行。 [pic] 图1多智能体系统的组成结构 以下说明多智能体协调控制实验系统的总体设计方案。该实验系统主要包括多旋翼无 人机、定位系统、地面站系统.。 1 多旋翼无人机 本实验平台的智能体采用5台六旋翼飞行器Awing- M6,实物如图2所示。该无人机能实现半自主飞行,zigbee控制及遥感控制,未采用GPS 导航。Awing-M6为开源系统,全面支持二次开发,可用于研究及拓展开发。 [pic] 图2六旋翼飞行器Awing-M6 1.1 多旋翼飞行器特性 ➢ 飞行器的机体大部分采用碳纤维材料制造,其余部分均为航空铝材加工而成。 ➢ 飞控和导航系统集成了三轴加速度计、三个单轴陀螺仪、地磁计、气压高度计等多种 高精度传感器和先进的控制算法设计。 ➢ 飞行器所选用的部件均可在- 20℃~50℃的温度环境下工作,无论是严寒还是酷暑均可飞行。可以通过遥控器人工操 控飞行,也可以借助GPS导航系统或室内定位系统进行自主飞行。具备人工遥控、定 点悬停、航线飞行等多种飞行模式。 ➢ 可选配的便携地面站系统集成了飞行控制软件,可在飞行过程中方便的查看飞行数据并 可实时对飞行器发送航线指令及任务命令。 1.2 多旋翼飞行器参数 表1 微型六旋翼飞行器Awing-M6参数 |名称 |技术指标 | |轴距 |290mm | |空机重量 |450g | |有效载荷 |200g | |航时 |20min(空载) | |飞行高度 |≤1000m(相对高度) | |巡航速度 |15km/h | |动力能源 |锂电池 | |有效控制半径 |2km | |抗风能力 |3级 | |水平导航精度 |≤3m | |飞行模式 |人工遥控、自主悬停、自主巡航 | |功能 |利用室内定位系统,可实现室内自主| | |飞行及编队飞行。 | 2 定位系统 在智能体本体设计的基础上,对于整体实验系统而言,需要为每个智能体提供通信的 条件和位置信息。对于多智能体平台,最重要的信息就是智能体的位置信息,那么定位 的问题就成为多智能体平台搭建的核心问题。本实验平台采用视觉定位,就是利用摄像 机等视觉元件,通过形状、颜色等信息,定位智能体的位置,视觉定位具有实时性好, 定位精度高等特性。视觉定位广泛应用在多智能体实验平台上。 本实验平台的智能体采用QUALISYS OQUS-500 系统(含6台摄像机),如图3所示。主要特点:低延迟、实时性好,可实现无线通信, 可在便携式或固定式电脑上运行,无中心或工作站,测量领域大,含运动生成器插件, 易于使用,定位精确。 [pic] 图3 QUALISYS OQUS-500 系统 室内智能体定位,尤其是室内多智能体定位,是多智能体平台构建的关键问题之一, 也是多智能体平台构建的难点问题。对于多智能体的实验平台,智能体需要获得的最重 要的信息之一就是自身及其他智能体的位置信息,只有准确地获得每个智能体的位置信 息,智能体才能给根据自身任务完成策略算法,从而实现“围”、“追”、“堵”、“劫”以及 编队等协调一致性的控制任务。 2.1 支持高速视频的动作捕捉摄像机 [pic] [pic] 图4 捕捉摄像机 其主要特点:高速动作捕捉,高速视频,传感器分辨率:支持0.3,1.3,3或4万像素 ,与网络实时,用于低等待时间的体系结构,户外测量有源滤波,支持无线通信,同时 支持主动和被动标记,采用防水IP67外壳、MRI屏蔽外壳,无风扇静音操作,运行于便携 式或固定电脑,无中心或工作站。 2.2 用于跟踪所有类型动作的捕捉软件 [pic] 图5 捕捉软件 其主要特点:实现2D/3D/6DOF数据跟踪,标记高速视频数据,实时流媒体,延时降低 到6ms,自动标记鉴定,标记屏蔽,支持有源和无源标记,视频叠加,支持所有Qualisy s相机,可通过添加摄像机扩展系统。 3 地面站模块 就通信系统而言,每个智能体都有通信模块,信息的交流已经具备了硬件基础,此时 就需要通过不同的拓扑结构进行优化组合。多智能体之间的通信方式通常采用黑板结构 或消息结构,本设计方案中的地面站模块能够向室内的多智能体(5台六旋翼飞行器Awi ng- M6)发射控制信号,同时接收由其反馈来的信号,实现对多智能体运行状态的实时显示 和监控。 [pic] 图7 地面站控制面板结构图 附表1 多智能体协调控制平台预算 |序号 |名称 |单价 |数量 |小计 |备注 | |1 |QUALISYS |75万 |1 |75万 |含有6台摄| | |OQUS-500 系统 | | | |像机 | |2 |六旋翼飞行器Awin|3万 |5 |15万 | | | |g-M6 | | | | | |3 |地面站系统 |5万 |1 |5万 | | |总计:95万 | ----------------------- 对多智能体的实时控制输入面板 多智能体实时运行状态参数显示面板
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