异构多机器人系统静态覆盖问题研究

发布时间：2018-12-23 08:07

【摘要】：多机器人系统相较于单机器人而言,具备效率高、鲁棒性强、性能稳定等优势,使得其应用日益广泛。多机器人覆盖作为移动多机器人应用的一个重要分支,近年来取得了极大的进展,在环境监测、空间探测、灾难现场救援等相关领域有着广泛的应用前景。本课题的主要工作是实现两种异构机器人在已知环境目标区域内的静态覆盖。本课题采用了改进的分布式覆盖算法,与经典的分布式覆盖算法相比,改进算法在覆盖任务的开始阶段,对多机器人进行任务分配时,结合多机器人的异构特性,采用加权Voronoi图代替Voronoi图对目标区域进行划分。在环境信息已知的情况下,根据改进的分布式覆盖算法,移动多机器人运动到各自划分区域的质心即可收敛到最优感知分布。建立两种异构机器人的运动学模型,分析其运动特性,针对差分式移动机器人,采取直接控制的方式,针对Car-like式移动机器人则采用反步法的方式设计控制律。在机器人的硬件平台上,利用C语言编写了 ROS框架下的控制节点,实现单一机器人的运动控制。在单机器人运动控制的基础上,结合改进的分布式覆盖算法,设计整个多机器人系统的分布式覆盖策略,利用网络实现机器人之间的信息交互。最后对整个算法进行仿真,同时选定实验区域,通过实物实验,实现了异构多机器人系统的分布式覆盖,证明了改进算法的有效性和可靠性。
[Abstract]:Compared with single robot, multi-robot system has many advantages, such as high efficiency, strong robustness and stable performance, which makes it more and more widely used. As an important branch of mobile multi-robot applications, multi-robot coverage has made great progress in recent years, and has wide application prospects in environmental monitoring, space detection, disaster scene rescue and other related fields. The main work of this thesis is to realize the static coverage of two heterogeneous robots in the target area of known environment. In this paper, the improved distributed coverage algorithm is adopted. Compared with the classical distributed coverage algorithm, the improved algorithm combines the heterogeneous characteristics of multi-robot in the task assignment of multi-robot in the initial stage of overlay task. The weighted Voronoi graph is used instead of the Voronoi diagram to divide the target area. When the environment information is known, the mobile multi-robot can converge to the optimal perceptual distribution when it moves to the center of mass in its respective area according to the improved distributed coverage algorithm. The kinematics models of two kinds of heterogeneous robots are established and their kinematic characteristics are analyzed. The direct control method is adopted for differential mobile robots and the control law is designed for Car-like mobile robots by backstepping method. On the hardware platform of robot, the control node under ROS framework is programmed by C language to realize the motion control of a single robot. Based on the single robot motion control and the improved distributed coverage algorithm, the distributed coverage strategy of the whole multi-robot system is designed, and the information exchange between the robots is realized by using the network. Finally, the whole algorithm is simulated, and the experimental area is selected. The distributed coverage of heterogeneous multi-robot system is realized through the physical experiment, which proves the effectiveness and reliability of the improved algorithm.
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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本文编号：2389669