發(fā)布時間：2017-06-10 14:17

  本文關鍵詞：多機器人編隊自修復算法設計與實現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：相比于傳統(tǒng)的單移動機器人系統(tǒng)而言,多機器人系統(tǒng)作為冗余系統(tǒng),具有重配置、變結構等特點,因而可以降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)的效率和魯棒性。多機器人編隊是指多個自主移動的機器人在運動過程中保持某種特定形狀的控制技術。它被廣泛應用于軍事偵察、災難救援、航空航天和工業(yè)應用等領域中。在軍事應用中,多機器人編隊可以用于偵察區(qū)域覆蓋、突破防線等任務;在災難救援中,多機器人編隊形式能夠擴大救援范圍、提高救援效率;在航天航空領域,小型衛(wèi)星編隊可以減少推進過程中的燃料消耗并擴大衛(wèi)星集群的感知范圍;在智能交通領域,車輛的編隊行駛能夠極大的緩解高速公路的交通壓力;在生物領域,編隊控制能夠幫助研究人員更好的理解生物的社會行為,如鳥群或魚群的集體遷徙現(xiàn)象。然而,由于多機器人編隊經(jīng)常工作在較為危險或者敵對的環(huán)境之中,存在較多的不確定性因素,機器人故障或缺失不可避免。機器人缺失將會使編隊性能下降、工作效率降低,若不采取相對應的處理措施,甚至可能會導致機器人編隊任務失敗。因此,需要設計一種能夠在機器人缺失后自主修復機器人編隊拓撲和系統(tǒng)性能的自修復算法。本文針對機器人編隊中部分機器人缺失后的自修復問題,提出一種基于梯度的分布式編隊自修復算法,該算法借助機器人鄰居間局部交互,使機器人編隊能夠自主修復網(wǎng)絡拓撲并提高機器人編隊網(wǎng)絡的運動同步性。本文具體貢獻如下:1.考慮各機器人缺失對編隊運動同步性的影響,提出一種梯度生成和擴散機制,在編隊中形成穩(wěn)定的梯度分布,并將該梯度生成和擴散機制與網(wǎng)絡拓撲切換的相關結論結合,提出一套能夠改善運動同步性的網(wǎng)絡自修復切換規(guī)則及其對應的分布式個體控制實現(xiàn),同時證明上述基于梯度的編隊自修復算法不但能夠改善編隊運動同步性而且使修復路徑最短;2.針對不同優(yōu)化指標下遞歸自修復算法修復機器人序列選擇問題,以梯度值為基礎引出梯度向量的概念,并提出一種基于梯度向量的遞歸自修復算法框架,通過改變梯度向量的內(nèi)容,選擇不同的修復機器人序列,適應不同的優(yōu)化指標。3.通過不同機器人個數(shù)和網(wǎng)絡拓撲模型下的仿真,驗證本文算法的有效性和最優(yōu)性,同時通過在多機器人實驗平臺上的自修復實驗,驗證算法在實際機器人系統(tǒng)中的有效性。
【關鍵詞】：多機器人編隊 自修復 梯度 切換拓撲
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 多機器人系統(tǒng)自修復研究概述13-19
• 1.3 本文研究內(nèi)容及組織架構19-21
• 第二章 編隊模型和拓撲控制21-28
• 2.1 移動機器人編隊模型21-23
• 2.1.1 網(wǎng)絡拓撲模型21-22
• 2.1.2 交互動力學模型22-23
• 2.2 拓撲控制23-27
• 2.2.1 機器人缺失后網(wǎng)絡拓撲分析23-25
• 2.2.2 遞歸切換拓撲控制25-27
• 2.3 本章小結27-28
• 第三章 基于梯度的遞歸自修復算法28-45
• 3.1 遞歸自修復算法28-31
• 3.2 梯度生成和擴散機制31-35
• 3.2.1 梯度生成機制32-33
• 3.2.2 梯度擴散機制33-35
• 3.3 基于梯度的遞歸自修復規(guī)則35-36
• 3.4 機器人個體控制算法36-41
• 3.4.1 第1步修復機器人選擇37-39
• 3.4.2 第k步修復機器人選擇39-41
• 3.5 算法評價及分析41-44
• 3.5.1 修復機器人個數(shù)41-42
• 3.5.2 修復時間42-43
• 3.5.3 功率消耗43
• 3.5.4 運動同步性43-44
• 3.5.5 隊形保持44
• 3.6 本章小結44-45
• 第4章 基于梯度向量的自修復算法框架45-54
• 4.1 梯度向量生成與擴散機制46-49
• 4.1.1 梯度向量的生成機制46-47
• 4.1.2 梯度擴散機制47-49
• 4.2 遞歸自修復規(guī)則及個體控制算法49-52
• 4.2.1 第1步修復機器人選擇50-51
• 4.2.2 第k步修復機器人選擇51-52
• 4.3 本章小結52-54
• 第5章 仿真與實驗54-73
• 5.1 仿真對比與分析54-65
• 5.1.1 機器人缺失仿真對比55-62
• 5.1.2 最優(yōu)修復路徑仿真驗證62-64
• 5.1.3 基于梯度向量的編隊自修復算法仿真64-65
• 5.2 實驗與分析65-71
• 5.2.1 實驗平臺65-68
• 5.2.2 編隊自修復實驗68-71
• 5.3 本章小結71-73
• 第6章 研究總結與展望73-75
• 6.1 主要研究內(nèi)容73-74
• 6.2 未來研究展望74-75
• 參考文獻75-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文80-81
• 攻讀碩士學位期間參加的科研項目81-83

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;2001恩格爾伯格機器人獎頒布[J];機器人技術與應用;2001年05期

2 ;神奇的機器人世界[J];機電新產(chǎn)品導報;2001年Z5期

3 宋樹藩;采用機器人的有效自動化[J];世界制造技術與裝備市場;2001年06期

4 ;創(chuàng)造出色的機器人[J];個人電腦;2003年04期

5 ;危險作業(yè)機器人——人類的好幫手——訪國家863機器人技術主題專家組專家戴先中教授[J];機器人技術與應用;2003年03期

6 小才;;機器人時代[J];電腦愛好者;2006年13期

7 宋海宏;;機器人技術展望[J];山西煤炭管理干部學院學報;2006年04期

8 董煬斌;蔣靜坪;何衍;;一種基于雙令牌的多機器人協(xié)作策略研究[J];計算機工程;2007年12期

9 王國奎;劉彥波;;草方格鋪設機器人綜合、高效控制系統(tǒng)的設計[J];科技咨詢導報;2007年20期

10 陳秀珍;潘拓;;21世紀初機器人技術的走向[J];中國設備工程;2007年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊朝虹;張海珠;;機器人技術的應用與發(fā)展[A];先進制造技術論壇暨第五屆制造業(yè)自動化與信息化技術交流會論文集[C];2006年

2 王明輝;王楠;李斌;;面向災難救援的機器人控制站系統(tǒng)設計[A];中國儀器儀表學會第十二屆青年學術會議論文集[C];2010年

3 郭戈;王燕;王偉;;一種多機器人協(xié)作方法[A];第二十屆中國控制會議論文集（下）[C];2001年

4 崔世鋼;邴志剛;彭商賢;王玉東;;基于遠程腦概念的服務機器人開發(fā)平臺的設計與研究[A];先進制造技術論壇暨第二屆制造業(yè)自動化與信息化技術交流會論文集[C];2003年

5 楊瑩;丁X;許侃;;國際機器人科學知識前沿演化的可視化分析[A];科學學理論與科學計量學探索——全國科學技術學暨科學學理論與學科建設2008年聯(lián)合年會論文集[C];2008年

6 唐矯燕;趙群飛;黃杰;楊汝清;;基于兩足步行椅機器人的人在環(huán)中的助殘機器人控制系統(tǒng)[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

7 薛頌東;曾建潮;杜靜;;具運動學特性約束的群機器人目標搜索[A];2009中國控制與決策會議論文集（2）[C];2009年

8 張國偉;李斌;龔海里;王聰;鄭懷兵;;廢墟洞穴搜救機器人控制軟件設計與實現(xiàn)[A];中國儀器儀表學會第十二屆青年學術會議論文集[C];2010年

9 崔世鋼;方景林;劉嘉q;彭商賢;邴志剛;;服務機器人開發(fā)中測控問題的研究[A];中國儀器儀表學會第五屆青年學術會議論文集[C];2003年

10 吳國盛;李云霞;李驪;;一種基于極坐標系下的機器人動態(tài)避碰算法[A];2006中國控制與決策學術年會論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 冬冬;看看自動化機器人在包裝業(yè)中能起多大作用[N];中國包裝報;2005年

2 莽九晨　周之然;有感“機器人道德法”[N];人民日報;2007年

3 記者 陳琳;機器人總動員[N];第一財經(jīng)日報;2010年

4 記者 孫亞斐;千余支隊伍攜機器人亮相金城[N];蘭州日報;2011年

5 崔鑫;機器人也能和您一起下廚[N];北京科技報;2012年

6 特約記者 楊保國;中國科大“藍鷹”稱雄機器人世界杯[N];大眾科技報;2007年

7 本報記者　 陳淑娟;機器人走近生活[N];計算機世界;2006年

8 虎虎;科學好玩（三）[N];四川科技報;2007年

9 孫潛彤;新松公司：在機器人研發(fā)領域顯身手[N];經(jīng)濟日報;2008年

10 財宣邋Q孟推

本文編號：438811