A Navier–Stokes-Equation-Based Virtual Tube Planning and Control Method for Robotic Swarms in Complex Environments

作者
Wenqi Song,Pengda Mao,Yan‐Jun Liu,Quan Quan
出处
期刊:IEEE Transactions on Control of Network Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13 (2): 661-673 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tcns.2025.3649726
摘要

Classical methods, including formation control, cooperative trajectory planning, and control-based methods, have been proposed to solve the passing-through control problem of robotic swarms in complex environments. However, these methods often suffer from communication dependency, high computational cost, deadlock, or low passing-through efficiency. To address these issues, virtual tubes are proposed in our previous work, which provide safe passages for the swarm. However, the virtual-tube-based method generates narrow passages or is unable to obtain a feasible solution sometimes. Fortunately, fluid-inspired approaches offer a novel perspective for solving passing-through problems. In this paper, we propose a novel Navier-Stokes-equations-based virtual tube planning and control method, which adaptively generates a single or multiple smoother tubes, and the swarm is controlled based on the solution of the Navier-Stokes (NS) equations. Extensive simulations show that our approach improves the safety and efficiency of the swarm. Experiments on omnidirectional mobile robots validate the practicality of the proposed method. A video about simulations and experiments is available onhttps://youtu.be/lgVQ9DB5QXE.
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