基于多移动智能机器人编队控制任务的研究

发布时间：2017-03-29 16:04

  本文关键词：基于多移动智能机器人编队控制任务的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经过各国学者二十余年的探索和发展,多移动机器人协作研究已经在国防和军事、工业工程以及人类日常生活中占有重要空间。多机器人协作任务俨然已经是机器人领域的一大研究热点。想要更大程度的促使多机器人系统更高效快捷地完成任务,除了在选用更高精度机器人和更高灵敏度的传感器这些方面采取措施之外,采用更加合理有效的运动规划和协作方式也是众多研究者追求的目标。本文将轮式机器人作为研究对象,以传感器的环境感知作为背景,对多机器人合作定位、编队控制及避障策略等相关问题进行了分析与研究。多机器人坐标系统模型的建立是编队规划过程的基础性问题,本文对常见的几种坐标系统(全局坐标系统、机器人的局部坐标系统及传感器坐标系统)进行分析综合,建立了多机器人系统的坐标模型。并且通过对机器人内部传感器(里程计)的位姿估计模型及外部传感器(激光测距仪)的数据模型进行分析,帮助系统中机器人充分了解周围环境信息。结合本文中选用实验平台配备的传感器设备,提出了一种基于相对位姿观测的多机器人协作定位方法,仅利用视觉融合激光测距仪的测距信息来直接获取Follower与Leader之间的相对距离和角度信息。在多机器人系统编队控制方面,本文建立了“领航-跟随”结构模型,通过引入概念机器人“虚拟跟随者VirtualR”,将编队任务转化为了对虚拟跟随者的实时位姿跟踪任务,并为FollowerR设计出一种基于运动学控制器的编队控制算法,使多机器人系统最终形成所期望的结构队形。在障碍物环境下,综合考虑其编队控制任务过程中的环境约束,研究了一种动态的队形变换优化策略,通过自主选择队形变换模式(Zero变换、队形收缩变换和结构变换),获得最优拓扑结构,使机器人编队更易发挥团队优势。在研究过程中,通过MATLAB仿真软件和HR-I型实验平台对理论成果进行了一系列的实验验证,结果表明:本课题对多机器人协作领域的求知和探索具有一定的理论意义和实践价值。
【关键词】：多机器人 环境感知 协作定位 编队 避障策略
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-22
• 1.1 课题来源与研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-11
• 1.3 相关技术的研究概况11-19
• 1.3.1 编队任务里的多机器人定位研究综述11-15
• 1.3.2 多机器人编队控制主要技术综述15-19
• 1.4 多机器人编队控制研究现状分析19
• 1.5 本文内容与结构19-22
• 2. 多移动机器人编队控制系统的研究22-37
• 2.1 多机器人编队简介22-23
• 2.1.1 编队控制的特点22
• 2.1.2 队形形状表示及参考点的选取22-23
• 2.2 多机器人合作编队控制方法23-27
• 2.3 多机器人系统模型27-34
• 2.3.1 运动控制模型27-29
• 2.3.2 基于里程计的位姿估计模型29-32
• 2.3.3 坐标系统模型32-34
• 2.4 激光测距仪的模型分析34-36
• 2.4.1 激光测距仪传感器介绍34-35
• 2.4.2 激光测距仪数据模型的建立35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3. 基于运动学控制器的多机器人合作编队方法及实验分析37-57
• 3.1 引言37
• 3.2 基于相对位姿观测的编队定位方法37-43
• 3.2.1 相对位姿观测定位原理38-41
• 3.2.2 融合激光和视觉的领航机器人位置确定41-42
• 3.2.3 基于激光测距仪的相对角度信息估计42-43
• 3.3 编队队形控制结构43-47
• 3.3.1 建立队形结构数据库43-46
• 3.3.2 领航-跟随者队形控制结构设计46-47
• 3.4 基于运动学控制器的联合编队策略47-50
• 3.4.1 编队控制目标47-48
• 3.4.2 运动学控制器的设计48-50
• 3.5 仿真验证及结果分析50-53
• 3.5.1 实验条件50
• 3.5.2 仿真结果分析50-53
• 3.6 实验验证及结果分析53-56
• 3.6.1 实验平台介绍53
• 3.6.2 领航者机器人Leader做直线运动实验53-55
• 3.6.3 领航者机器人Leader做圆周运动实验55-56
• 3.7 本章小结56-57
• 4. 障碍环境下多机器人队形变换及分析57-66
• 4.1 引言57
• 4.2 多移动机器人编队避障方法57-58
• 4.3 多机器人队形变换避障策略58-61
• 4.3.1 队形变换目标58
• 4.3.2 队形变换策略58-61
• 4.4 仿真实验和结果分析61-65
• 4.4.1 实验准备62
• 4.4.2 仿真过程及结果分析62-65
• 4.5 本章小结65-66
• 5. 结论与展望66-67
• 参考文献67-71
• 附录： 攻读硕士学位期间科研成果71-72
• 致谢72-73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;2001恩格尔伯格机器人奖颁布[J];机器人技术与应用;2001年05期

2 ;神奇的机器人世界[J];机电新产品导报;2001年Z5期

3 宋树藩;采用机器人的有效自动化[J];世界制造技术与装备市场;2001年06期

4 ;创造出色的机器人[J];个人电脑;2003年04期

5 ;危险作业机器人——人类的好帮手——访国家863机器人技术主题专家组专家戴先中教授[J];机器人技术与应用;2003年03期

6 小才;;机器人时代[J];电脑爱好者;2006年13期

7 宋海宏;;机器人技术展望[J];山西煤炭管理干部学院学报;2006年04期

8 董炀斌;蒋静坪;何衍;;一种基于双令牌的多机器人协作策略研究[J];计算机工程;2007年12期

9 王国奎;刘彦波;;草方格铺设机器人综合、高效控制系统的设计[J];科技咨询导报;2007年20期

10 陈秀珍;潘拓;;21世纪初机器人技术的走向[J];中国设备工程;2007年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 杨朝虹;张海珠;;机器人技术的应用与发展[A];先进制造技术论坛暨第五届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2006年

2 王明辉;王楠;李斌;;面向灾难救援的机器人控制站系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年

3 郭戈;王燕;王伟;;一种多机器人协作方法[A];第二十届中国控制会议论文集（下）[C];2001年

4 崔世钢;邴志刚;彭商贤;王玉东;;基于远程脑概念的服务机器人开发平台的设计与研究[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年

5 杨莹;丁X;许侃;;国际机器人科学知识前沿演化的可视化分析[A];科学学理论与科学计量学探索——全国科学技术学暨科学学理论与学科建设2008年联合年会论文集[C];2008年

6 唐矫燕;赵群飞;黄杰;杨汝清;;基于两足步行椅机器人的人在环中的助残机器人控制系统[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

7 薛颂东;曾建潮;杜静;;具运动学特性约束的群机器人目标搜索[A];2009中国控制与决策会议论文集（2）[C];2009年

8 张国伟;李斌;龚海里;王聪;郑怀兵;;废墟洞穴搜救机器人控制软件设计与实现[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年

9 崔世钢;方景林;刘嘉q;彭商贤;邴志刚;;服务机器人开发中测控问题的研究[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年

10 吴国盛;李云霞;李骊;;一种基于极坐标系下的机器人动态避碰算法[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 冬冬;看看自动化机器人在包装业中能起多大作用[N];中国包装报;2005年

2 莽九晨　周之然;有感“机器人道德法”[N];人民日报;2007年

3 记者 陈琳;机器人总动员[N];第一财经日报;2010年

4 记者 孙亚斐;千余支队伍携机器人亮相金城[N];兰州日报;2011年

5 崔鑫;机器人也能和您一起下厨[N];北京科技报;2012年

6 特约记者 杨保国;中国科大“蓝鹰”称雄机器人世界杯[N];大众科技报;2007年

7 本报记者　 陈淑娟;机器人走近生活[N];计算机世界;2006年

8 虎虎;科学好玩（三）[N];四川科技报;2007年

9 孙潜彤;新松公司：在机器人研发领域显身手[N];经济日报;2008年

10 财宣邋Q孟推，

本文编号：274844