【摘要】：多機(jī)器人系統(tǒng)相較于單機(jī)器人而言,具備效率高、魯棒性強(qiáng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),使得其應(yīng)用日益廣泛。多機(jī)器人覆蓋作為移動(dòng)多機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)重要分支,近年來取得了極大的進(jìn)展,在環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間探測(cè)、災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)救援等相關(guān)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本課題的主要工作是實(shí)現(xiàn)兩種異構(gòu)機(jī)器人在已知環(huán)境目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的靜態(tài)覆蓋。本課題采用了改進(jìn)的分布式覆蓋算法,與經(jīng)典的分布式覆蓋算法相比,改進(jìn)算法在覆蓋任務(wù)的開始階段,對(duì)多機(jī)器人進(jìn)行任務(wù)分配時(shí),結(jié)合多機(jī)器人的異構(gòu)特性,采用加權(quán)Voronoi圖代替Voronoi圖對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行劃分。在環(huán)境信息已知的情況下,根據(jù)改進(jìn)的分布式覆蓋算法,移動(dòng)多機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到各自劃分區(qū)域的質(zhì)心即可收斂到最優(yōu)感知分布。建立兩種異構(gòu)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,分析其運(yùn)動(dòng)特性,針對(duì)差分式移動(dòng)機(jī)器人,采取直接控制的方式,針對(duì)Car-like式移動(dòng)機(jī)器人則采用反步法的方式設(shè)計(jì)控制律。在機(jī)器人的硬件平臺(tái)上,利用C語言編寫了 ROS框架下的控制節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)單一機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。在單機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)上,結(jié)合改進(jìn)的分布式覆蓋算法,設(shè)計(jì)整個(gè)多機(jī)器人系統(tǒng)的分布式覆蓋策略,利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人之間的信息交互。最后對(duì)整個(gè)算法進(jìn)行仿真,同時(shí)選定實(shí)驗(yàn)區(qū)域,通過實(shí)物實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)的分布式覆蓋,證明了改進(jìn)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.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2389669