受统计力学启发的无直接通信分布式定位
机器人学
2020-06-05 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
分布式定位在许多机器人集群任务（如形状形成与自组装）中至关重要。受能量转变统计力学启发，本文提出一种全分布式定位算法，称为虚拟粒子交换（VPE）定位算法，其中每个机器人反复与邻居交换虚拟粒子（VPs），并最终从其拥有的虚拟粒子（VP）数量中获得相对位置。通过定制设计的硬件与协议，VPE定位算法使机器人仅利用传感器读数即可实现定位，避免与邻居直接通信并保持匿名性。此外，VPE定位算法自动确定集群中心，从而消除了以固定信标体现坐标原点这一需求。理论分析证明，VPE定位算法无论初始状态如何总能收敛至同一结果，且具有较低渐近时间与内存复杂度。我们开展了多达10000个机器人的大规模定位仿真以及52个低成本机器人的实验，验证了VPE定位算法具有可扩展性、准确性以及对传感器噪声的鲁棒性。基于VPE定位算法，我们在仿真与52个机器人的实验中进一步实现了形状形成，表明该算法可直接应用于支撑集群协同任务。
引用
@article{arxiv.2006.02658,
title = {Distributed Localization without Direct Communication Inspired by Statistical Mechanics},
author = {Jingxian Wang and Tianye Wang and Wei Wang and Xiwang Dong and Yandong Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.02658},
year = {2020}
}