【摘要】：近幾十年以來,隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展,其應(yīng)用越來越廣泛。如今單個機器人的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟,幾乎滲透到各個領(lǐng)域當(dāng)中。但是,單個機器人系統(tǒng)在完成復(fù)雜的任務(wù)時往往力不從心,而多機器人系統(tǒng)通過機器人之間的相互合作與協(xié)調(diào)能夠并發(fā)地完成很多復(fù)雜的任務(wù),從而提升系統(tǒng)的工作性能、工作效率、增強系統(tǒng)的柔性以及魯棒性。因此,多機器人系統(tǒng)被提了出來。在復(fù)雜的環(huán)境中,機器人往往需要避過障礙物且機器人之間形成并保持期望的隊形來完成預(yù)定任務(wù)。所以機器人的避障問題和編隊問題已經(jīng)成為多機器人系統(tǒng)研究的重點問題。本論文圍繞兩個機器人的避障和編隊問題進行研究。首先,介紹了多機器人系統(tǒng)的研究背景及其應(yīng)用意義,指出了多機器人系統(tǒng)的主要研究問題及其研究難點。其次,對多機器人系統(tǒng)的運動規(guī)劃以及編隊問題的現(xiàn)狀進行介紹,并對現(xiàn)有的軌跡規(guī)劃方法和編隊方法進行了簡單的介紹。最后,提出了一種實時的機器人分布式軌跡避障和編隊方法:利用iSCP算法和MPC控制策略對機器人的運動軌跡進行規(guī)劃,使其在從初始位置移動到目標位置的過程中不僅能夠?qū)崟r地避過障礙物而且能夠以最優(yōu)軌跡到達目標位置。再利用CTL規(guī)范對兩個機器人的隊形進行控制,使機器人在運動的過程中保持一定的隊形。與以前的軌跡規(guī)劃和編隊的方法相比較,本論文提出的方法具有以下優(yōu)勢:(1)本論文提出的方法能夠在全局未知或者部分未知的環(huán)境中實時地對機器人的軌跡進行規(guī)劃,彌補了離線法因機器人運行環(huán)境中出現(xiàn)動態(tài)障礙物而無法使機器人避過障礙物的缺點;(2)本論文提出的方法的計算精度就是傳感器的精度,而柵格法的計算精度取決于劃分的格子的大小與多少。因此,與柵格法相比,顯然本論文提出的方法計算精度更高;(3)本論文利用CTL規(guī)范將傳統(tǒng)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法中的非線性凸約束轉(zhuǎn)化為線性凸約束,從而能更大概率的求出問題的可行解并且大大降低計算復(fù)雜度。最后,利用Matlab軟件和CVX求解器來對本論文提出的算法進行仿真驗證。首先,利用iSCP算法和MPC控制策略對單個機器人和兩個機器人的軌跡進行規(guī)劃,使機器人在從初始位置移動到目標位置的過程中不與障礙物發(fā)生碰撞并且以最優(yōu)軌跡到達目標位置;其次,在兩個機器人的軌跡避障算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合CTL規(guī)范對兩個機器人的隊形進行控制,使機器人在運動的過程中保持一定的隊形。仿真結(jié)果表明,本論文提出的方法能夠?qū)崟r地讓機器人在從初始位置移動到目標位置的過程中以最優(yōu)軌跡避過障礙物并且保持一定的隊形。
【圖文】：

機器人避過靜態(tài)障礙物的仿真圖

第三章 基于 iSCP 算法的多機器人系統(tǒng)運動規(guī)劃25圖3.7 機器人發(fā)現(xiàn)動態(tài)障礙物的仿真圖圖3.8 環(huán)境中有靜態(tài)障礙物和動態(tài)障礙物時單機器人運動軌跡仿真圖從圖 3.8 中可以看出，機器人的初始位置和目標位置的坐標分別為(5,5)和(2,2.5)。其中圓形障礙物為靜態(tài)障礙物，坐標為(4,25 6)，方塊障礙物為動態(tài)障礙物，坐標為(3,10 3) 。由圖 3.4 可知，機器人在沒有障礙物時的運動軌跡是一條直線，當(dāng)環(huán)境中有障礙物時，機器人的軌跡就會發(fā)生變化。機器人從初始位置出發(fā)，在其傳感范圍內(nèi)進行探測，未探測到障礙物之前的軌跡仍為一條直線，在0k 18時，，機器人探測到靜態(tài)障礙物
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

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本文編號：2694407