本文關(guān)鍵詞：基于多移動智能機器人編隊控制任務(wù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：經(jīng)過各國學(xué)者二十余年的探索和發(fā)展,多移動機器人協(xié)作研究已經(jīng)在國防和軍事、工業(yè)工程以及人類日常生活中占有重要空間。多機器人協(xié)作任務(wù)儼然已經(jīng)是機器人領(lǐng)域的一大研究熱點。想要更大程度的促使多機器人系統(tǒng)更高效快捷地完成任務(wù),除了在選用更高精度機器人和更高靈敏度的傳感器這些方面采取措施之外,采用更加合理有效的運動規(guī)劃和協(xié)作方式也是眾多研究者追求的目標(biāo)。本文將輪式機器人作為研究對象,以傳感器的環(huán)境感知作為背景,對多機器人合作定位、編隊控制及避障策略等相關(guān)問題進行了分析與研究。多機器人坐標(biāo)系統(tǒng)模型的建立是編隊規(guī)劃過程的基礎(chǔ)性問題,本文對常見的幾種坐標(biāo)系統(tǒng)(全局坐標(biāo)系統(tǒng)、機器人的局部坐標(biāo)系統(tǒng)及傳感器坐標(biāo)系統(tǒng))進行分析綜合,建立了多機器人系統(tǒng)的坐標(biāo)模型。并且通過對機器人內(nèi)部傳感器(里程計)的位姿估計模型及外部傳感器(激光測距儀)的數(shù)據(jù)模型進行分析,幫助系統(tǒng)中機器人充分了解周圍環(huán)境信息。結(jié)合本文中選用實驗平臺配備的傳感器設(shè)備,提出了一種基于相對位姿觀測的多機器人協(xié)作定位方法,僅利用視覺融合激光測距儀的測距信息來直接獲取Follower與Leader之間的相對距離和角度信息。在多機器人系統(tǒng)編隊控制方面,本文建立了“領(lǐng)航-跟隨”結(jié)構(gòu)模型,通過引入概念機器人“虛擬跟隨者VirtualR”,將編隊任務(wù)轉(zhuǎn)化為了對虛擬跟隨者的實時位姿跟蹤任務(wù),并為FollowerR設(shè)計出一種基于運動學(xué)控制器的編隊控制算法,使多機器人系統(tǒng)最終形成所期望的結(jié)構(gòu)隊形。在障礙物環(huán)境下,綜合考慮其編隊控制任務(wù)過程中的環(huán)境約束,研究了一種動態(tài)的隊形變換優(yōu)化策略,通過自主選擇隊形變換模式(Zero變換、隊形收縮變換和結(jié)構(gòu)變換),獲得最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu),使機器人編隊更易發(fā)揮團隊優(yōu)勢。在研究過程中,通過MATLAB仿真軟件和HR-I型實驗平臺對理論成果進行了一系列的實驗驗證,結(jié)果表明:本課題對多機器人協(xié)作領(lǐng)域的求知和探索具有一定的理論意義和實踐價值。
【關(guān)鍵詞】：多機器人 環(huán)境感知 協(xié)作定位 編隊 避障策略
【學(xué)位授予單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP242.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 緒論9-22
• 1.1 課題來源與研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-11
• 1.3 相關(guān)技術(shù)的研究概況11-19
• 1.3.1 編隊任務(wù)里的多機器人定位研究綜述11-15
• 1.3.2 多機器人編隊控制主要技術(shù)綜述15-19
• 1.4 多機器人編隊控制研究現(xiàn)狀分析19
• 1.5 本文內(nèi)容與結(jié)構(gòu)19-22
• 2. 多移動機器人編隊控制系統(tǒng)的研究22-37
• 2.1 多機器人編隊簡介22-23
• 2.1.1 編隊控制的特點22
• 2.1.2 隊形形狀表示及參考點的選取22-23
• 2.2 多機器人合作編隊控制方法23-27
• 2.3 多機器人系統(tǒng)模型27-34
• 2.3.1 運動控制模型27-29
• 2.3.2 基于里程計的位姿估計模型29-32
• 2.3.3 坐標(biāo)系統(tǒng)模型32-34
• 2.4 激光測距儀的模型分析34-36
• 2.4.1 激光測距儀傳感器介紹34-35
• 2.4.2 激光測距儀數(shù)據(jù)模型的建立35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 3. 基于運動學(xué)控制器的多機器人合作編隊方法及實驗分析37-57
• 3.1 引言37
• 3.2 基于相對位姿觀測的編隊定位方法37-43
• 3.2.1 相對位姿觀測定位原理38-41
• 3.2.2 融合激光和視覺的領(lǐng)航機器人位置確定41-42
• 3.2.3 基于激光測距儀的相對角度信息估計42-43
• 3.3 編隊隊形控制結(jié)構(gòu)43-47
• 3.3.1 建立隊形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫43-46
• 3.3.2 領(lǐng)航-跟隨者隊形控制結(jié)構(gòu)設(shè)計46-47
• 3.4 基于運動學(xué)控制器的聯(lián)合編隊策略47-50
• 3.4.1 編隊控制目標(biāo)47-48
• 3.4.2 運動學(xué)控制器的設(shè)計48-50
• 3.5 仿真驗證及結(jié)果分析50-53
• 3.5.1 實驗條件50
• 3.5.2 仿真結(jié)果分析50-53
• 3.6 實驗驗證及結(jié)果分析53-56
• 3.6.1 實驗平臺介紹53
• 3.6.2 領(lǐng)航者機器人Leader做直線運動實驗53-55
• 3.6.3 領(lǐng)航者機器人Leader做圓周運動實驗55-56
• 3.7 本章小結(jié)56-57
• 4. 障礙環(huán)境下多機器人隊形變換及分析57-66
• 4.1 引言57
• 4.2 多移動機器人編隊避障方法57-58
• 4.3 多機器人隊形變換避障策略58-61
• 4.3.1 隊形變換目標(biāo)58
• 4.3.2 隊形變換策略58-61
• 4.4 仿真實驗和結(jié)果分析61-65
• 4.4.1 實驗準(zhǔn)備62
• 4.4.2 仿真過程及結(jié)果分析62-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 5. 結(jié)論與展望66-67
• 參考文獻67-71
• 附錄： 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果71-72
• 致謝72-73

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本文編號：274844