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【天富娱乐代理分红】防守机器人对攻击机器人的拦截有关研究

研究者们研究了防御入侵游戏,其中一个攻击机器人试图到达一个固定的目标,由两个防御机器人保护。研究者们关注的是“同步拦截问题”,在这个问题上,两个机器人都必须到达攻击者机器人。同步去拦截它。假设攻击者机器人具有基于目标吸引和防御排斥的控制策略,该研究针对防御入侵游戏提出了两种同步拦截策略。面向攻击者和中立定位。理论分析和仿真结果表明:(1)两种策略分别能够产生不同的同步拦截模式:接触拦截模式和稳定的非接触拦截模式。(2)接触拦截模式允许防御机器人在有限的时间内拦截攻击机器人,而稳定的非接触拦截模式产生一个周期吸引子,使攻击机器人在无限时间内无法到达目标。有可能将所获得的洞察力应用于实际系统中的防御入侵,包括飞机护航和军事目标或领土边界的防御。本文以“Synchronous intercept strategies for a robotic defense-intrusion game with two defenders”为题于2020年9月30日发布于《Autonomous Robots》杂志上。

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研究背景

逃逸现象在自然界中广泛存在,其中一个例子是黄石国家公园中的郊狼、麋鹿和狼之间的相互作用。对这种现象的研究有助于深入了解自然相互作用,例如猎物逃逸策略。集体行为,捕食者的捕获效率,和捕食成功的最优捕食者数量)。但是,这种方法也可以为人工系统提供优雅的解决方案,包括自主机器人捕获目标的设计。一个截然不同但类似的问题是防御–入侵,这是动物世界广泛观察到的另一个有趣的相互作用(例如,母狮试图保护自己的幼崽免受捕食者或掠食者的侵害)。在人工系统中(例如,一群护卫机器人试图保护基地免受入侵者的攻击)。值得注意的是,这类游戏不同于逃避追捕的游戏。主要的区别在于,一组球员不仅要考虑另一组球员,还要考虑目标。目标-攻击-防守游戏是一款模拟这种防御–入侵交互的游戏,其中有三个不同的机器人–目标机器人、攻击者机器人和防御机器人。

将两个同构的自主机器人视为防御者,它们的目标是同时到达和捕获攻击机器人,如果两个防御机器人中的任何一个单独到达(攻击)攻击机器人,那么攻击机器人就会被摧毁。这种扩展的动机是这样一种场景,即单个防御机器人不足以捕获,或者迫使攻击者机器人放弃其入侵。在这种情况下,防御机器人需要一种集体拦截策略来实现它们的目标。当猎物通常比掠食者弱,但当它们集体行动时,就能战胜攻击者,这种情况在自然界中是可以看到的。一种类似的情况可以被设想为守卫无人机,只有当它们同时拦截时,才能阻止防御良好的攻击车辆。

实验设计与结果

该研究的目的是研究防御机器人在尝试同步拦截任务时的拦截策略,其前提是攻击者机器人对目标具有吸引力,并受到防御者的排斥。研究者们认为,如果攻击者机器人在有限时间内被防御机器人同步捕获/摧毁,或者攻击者机器人在无限时间内无法到达目标,则完成同步拦截任务。

首先,研究者们提供了一个有效的制定同步拦截在防御入侵游戏中,防守机器人需要同步拦截攻击机器人。第二,面向攻击者和中立定位为了完成这一同步拦截任务,防御机器人提出了拦截策略。这些策略要求防御机器人在保持同步运动的同时,分别到达攻击机器人或攻击机器人与目标之间的一个动态中立位置。最后,给出了初始分配防御机器人的可行区域,使它们能够完成一次接触或稳定的非接触拦截,并分析了每一种拦截策略的有效性和抗噪性。该策略具有一定的应用价值,可以推广到实际的拦截任务中,如多个自主机器人的领土边界防御和多个自主车辆的飞机护航。

考虑两个齐次防御机器人和一个攻击机器人在二维无障碍欧几里得空间中,防御机器人试图保护静止的目标。通过同步拦截攻击攻击者机器人,而攻击者机器人试图到达/攻击目标,以避免防御机器人,攻击者机器人只有在被两个防御机器人同步攻击时才能被捕获/摧毁,如果两个防御机器人中的任何一个单独到达攻击机器人,那么它就会被攻击者机器人摧毁,导致拦截任务失败。该研究不考虑碰撞避免。放任R是从目标到攻击者机器人的相对距离。

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图a说明了两个防御机器人的同步拦截问题,b成功的同步拦截,c失败同步拦截

该定义指出,同步拦截失败意味着攻击者机器人在被防御机器人捕获之前到达目标。

如果存在同步拦截,则成功。这个定义表明,成功的同步拦截可以通过同步攻击或同步防御来实现。对于同步攻击,研究者们给出了两个约束:同步约束和最短时间约束。同步约束要求两个防御机器人必须同步到达攻击者机器人。最短时间限制要求进一步防御机器人必须以最大速度接近攻击机器人。

这种策略减少了每个防御者与攻击者之间的距离,但不能保证两个防御机器人同步到达攻击者机器人,因此不能保证同步约束。

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a为自行策略,b为锥策略,c为并行策略,d为聚合策略防守,入侵游戏应该对防守者和入侵者机器人都是动态的

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如何获得汇合点的说明

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中立定位策略的说明

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相对距离和视线角图解

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利用面向攻击者的策略确定初始分布的可行区域

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a为防御者、目标者和攻击者的共线分布,b为危急情况

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对称分布下的三例

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采用中立定位策略确定初始分布的可行区域

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验证可行区域和稳定的非接触拦截模式

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稳定的非接触截距图

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中立定位策略中不对称分布的说明

实验结论

综上所述,该研究介绍了两个防御机器人和一个攻击机器人的所谓“同步拦截问题”。攻击者机器人被假定对目标具有吸引力,并受到防御者的排斥,而两个防御机器人则试图保护这个目标免受攻击机器人的攻击。同步拦截要求两个防御机器人同步到达攻击者的位置,否则两个单独到达的防御机器人都会被攻击者机器人摧毁。为了完成这一同步拦截任务,面向攻击者和中立定位提出了拦截策略。这些策略生成接触截距模式而稳定非接触拦截模式分别。接触拦截模式允许防御机器人在有限的时间内同步到达攻击机器人。稳定的非接触拦截模式是一个周期吸引子,防御机器人和攻击者机器人在无限时间内在两个同心圆上以相同的角速度绕目标运行。这两种拦截策略都需要在可行区域内部署防御机器人。

同步拦截是防御入侵游戏中的一项特殊要求.这个特例要求防守机器人协调他们的活动。根据实际需要,该研究提出了接触拦截模式和非接触拦截模式。面向攻击者和中立定位分别拦截策略。面向攻击者的拦截策略是一种同步攻击的拦截策略,它适用于攻击者机器人在到达目标之前必须被摧毁的场景。

给出了同步拦截策略的结果,并给出了两个守恒者的情况。在正在进行的和未来的工作中,研究者们将该模型扩展到一个一般的多辩护者案例。在多辩护人案件中,最远的辩护人可以在两个辩护人案件中使用进一步辩护人的控制策略,而更近的辩护人可以在两个辩护人案件中使用类似于近守辩护人的控制策略。该算法的可扩展性将通过数值仿真和考虑避碰的实际机器人平台进行验证。

文章链接:http://211.70.148.4:8000/rwt/CNKI/https/NSVX643PPNZHE4LPM7TYELUDN7XB/article/10.1007/s10514-020-09945-6

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