擬剛體編隊避障策略設計與實驗

Abstract

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。