障碍物空间下分布式轨迹规划的死锁破解初探

作     者：董豪泽 陈昱达 刘丹 李忠奎 

作者机构：中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部 北京大学工学院 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(编号:U2241214 62373008 T2121002) 

主　　题：多机器人系统 分布式轨迹规划 死锁破解 模型预测控制 障碍物空间 

摘      要：基于优化的分布式轨迹规划方法因具有较强的可解释性和可扩展性而备受关注，但由于缺少中心节点和全局优先级，容易诱发集群运动陷入死锁，即若干机器人互相阻隔而无法到达终点的情形。现有的障碍物空间下死锁解决方案大多是启发式的，缺乏理论支撑。为此，本文针对可行域为半空间交集这一基础情形，通过构建多机器人轨迹规划的模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)问题，得到了死锁发生的必要条件，并指出该条件可以理解为机器人所受来自自身目标的吸引力、来自其它机器人的斥力和来自障碍物约束面的斥力三者的受力平衡。在此基础上，提出了一种死锁破解策略，并证明其在一定条件下可避免发生稳定的死锁现象。最后，通过密集空间下的随机对比仿真验证了算法的有效性。