自主研发 | 空地协同编队系统 — 专为科研学者打造的开发平台 ...

pp13889110320

集群系统的协同是一类重要的集群智能，是新一代人工智能的核心研究领域。集群系统可通过牵制控制、PID 控制、分布式观测器设计等方法进行调节与控制,进而涌现出集群智能。空地协作属于群体机器人协作中的异构智能体协作，是当今多智能体研究领域的热点。


随着国内集群协同控制的兴起，越来越多的高校开始加入该领域的建设，由于缺乏完善的教育标准和体系，面对动辄上百万的成本，很多科研学者只能望洋兴叹。朝闻道顺应时代趋势，特别推出一款价格适中性能又相对合适的空地协同编队系统开发平台RS-MUL。
01空地协同编队系统
空地协同编队系统开发平台（RS-MUL），主要由智能体无人机、智能体无人车、室内定位系统、组网通讯系统、多智能体协同控制系统五部分组成，通过室内定位UWB系统所获取无人机与无人车的实时位姿，利用组网通信模块发送至每个智能体中去，单个智能体通过通讯系统获取到本体的信息以及邻居的位置信息，然后通过所设置好的控制算法，完成无人车、无人机的协同控制。


该平台在不同环境下可实现空地协同控制、包抄拦截、编队集结、巡逻、路径规划、集群围捕；多无人车编队集结、编队穿越、协同搜索、重新集结、编队返回与编队归位；无人车路径重规划等。

02系统功能
具有精准且实时的无人机、无人车定位功能；具有记录无人机、无人车运动轨迹能力；
具有无人机、无人车协同控制运动规划能力；
具有实时解算无人机、无人车全位姿功能；
具有实时通信功能，支持智能体组网扩展；
具有定位建图、巡逻、路径重规划能力；

03平台特点
（1）平台具备通用性，性价比高，可实现空地协同控制、包抄拦截、编队集结、巡逻、路径规划、集群围捕，多无人车编队集结、编队穿越、协同搜索、重新集结、编队返回与编队归位，无人车路径重规划等；
（2）平台底层完全开源，预留二次开发接口，兼容多种不同型号配件，提供SDK开发包；
（3）无人车、无人机、协同控制代码均采用自主开源化的设计，支持算法修改，可自由进行单独或融合算法研究；
（4）多种设备的软件接口代码规范且风格一致，提供大量的Demo算法及实验案例，供用户在更深层次上的学习和研究；

04硬件组成


Gemini-O智能复合机器人



Gemini-O基于三轮全向运动机构，集成了激光雷达、深度相机、超声波阵列、麦克风阵列、单目阵列等10多个传感器，并提供了NVIDIA丰富的算力资源。为初学开发者提供了丰富的ROS/ROS2软件包和仿真环境，用户可轻松开发机器人系统、定位导航、语音视觉、机器学习、仓储物流、集群编队等功能。

Q300室内编队无人机



Q300作为面向科研院所以及无人机爱好者等用户群体研发的无人机平台，支持了PX4、ROS、Nvidia和Ubuntu等高级软件社区。支持实时图像处理、室内SLAM和室外避障等功能。

UWB定位模组


本模块是一款基于UWB技术的局部定位系统。支持1维、2维、3维定位最高同时支持8个标签。

05软件方案



基于项目任务目标，空地协同编队通讯及显示模块的整体架构如图所示，其中包含的主要模块有：
（1）仿真与控制平台：设计运动学、动力学、单体控制仿真模块，将编队仿真与控制集成，能够进行编队形成、队形变换、动态规避危险等仿真与控制；
（2）编队航线规划：在综合考虑智能体动力学及运动学的基础上，动态生成绕开危险区域的最优编队集结和编队运动路径；
（4）智能体控制命令生成：利用规划的航线，综合考虑智能体动力学特性、任务等要素，最优生成关键航点、速度等控制信息；
（5）地面站通信与接口设计：设计智能体与地面站通讯协议，编写智能体、地面站、编队仿真与控制平台的通信程序；构建模拟地面站，验证集群通信方法；
（6）可视化与人机交互系统设计：设计人机交互界面，实时显示智能体编队的预设航线、编队参数与状态、以及智能体的运行状态。

06典型应用