利用分布式音视频感知和蓝牙通信网络的自适应多机器人编队控制

《Scientific Reports》：Adaptive multi-robot formation control using distributed audio-visual sensing and bluetooth communication networks

　　

摘要

本文介绍了一种新的分布式多机器人编队控制方法，该方法重点结合了音视频交互感知技术与蓝牙通信。我们提出了一种分层控制方案，包括用于基于ESP32的机器人的本地编队控制器和集中式控制器。该方案采用双线程架构，在视频播放过程中同时处理音频和显示信息，且不会影响电机的同步输出。为了动态调整机器人位置，我们开发了一种自适应编队系统，该系统利用现场获取的声学特征和视觉地标信息进行定位。在为机器人之间的低延迟通信设计的时分多址协议中，通信通过蓝牙实现。实验表明，无论是采用直线、楔形还是圆形编队，都能将形状误差控制在±15厘米以内（均方根误差）。当控制循环频率保持在50赫兹以上时，系统的音频数据包传输效率可达92%。与传统架构相比，这种分布式感知技术可使单个机器人的能耗降低约34%（集中式控制下的能耗分别为每台机器人8.2瓦和12.5瓦）。该系统能够通过声学观测数据支持死航推算，有效应对最长2秒的传感器暂时性遮挡情况；然而，长时间遮挡会导致死航推算误差累积。现场实验表明，由3至12台机器人组成的群体能够安全部署，并且该平台能够承受通信中断、短期传感器遮挡以及各种动态挑战。