陸地和空中機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、機(jī)器人作為一種集成了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的高級(jí)工具，正在對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生越來越廣泛的影響。在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人已經(jīng)極大地提高了生產(chǎn)效率并將繼續(xù)下去；在服務(wù)領(lǐng)域，機(jī)器人正在快速的改善人們的生活質(zhì)量；在軍事領(lǐng)域，機(jī)器人可能將會(huì)改變未來戰(zhàn)爭形態(tài)。相比于工業(yè)機(jī)器人，移動(dòng)機(jī)器人靈活機(jī)動(dòng)，可以執(zhí)行更加豐富的任務(wù)。單個(gè)移動(dòng)機(jī)器人攜帶的資源有限，其執(zhí)行任務(wù)的能力受到限制。研究多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源互補(bǔ)，可以顯著增強(qiáng)系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的

2、線性累加。
　　陸地機(jī)器人可以獲得詳細(xì)的地面環(huán)境信息并執(zhí)行任務(wù)，空中機(jī)器人可以獲得大范圍的三維空間環(huán)境信息，為陸地機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)提供全局參考。因此，研究陸地和空中機(jī)器人協(xié)同控制具有重要意義，在搜索、救援、偵查、巡防、勘探等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。
　　陸地和空中機(jī)器人協(xié)同控制問題屬于異構(gòu)多智能體系統(tǒng)(Heterogeneous multi-agent System)研究范疇。本課題設(shè)計(jì)的陸地機(jī)器人是一輛電動(dòng)兩輪無人車，空中機(jī)器人是

3、一架電動(dòng)四旋翼無人飛行器。本文主要工作在于設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了陸地和空中機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)，可以作為異構(gòu)多智能體協(xié)同控制算法驗(yàn)證平臺(tái)，并基于領(lǐng)航者法實(shí)現(xiàn)了編隊(duì)控制。
　　首先就多智能體協(xié)同控制理論基礎(chǔ)進(jìn)行介紹，為下文研究奠定基礎(chǔ)。準(zhǔn)確測量系統(tǒng)狀態(tài)、正確建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器是設(shè)計(jì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，系統(tǒng)狀態(tài)量的測量是一切工作的基礎(chǔ)。因此，本文詳細(xì)介紹了廣泛用于移動(dòng)機(jī)器人狀態(tài)測量的低成本航姿參考系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提出了簡便高

4、效的快速現(xiàn)場標(biāo)定方法和適用范圍更廣的非線性互補(bǔ)濾波器，通過實(shí)驗(yàn)測試了低成本航姿參考系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。然后，分別建立了陸地機(jī)器人和空中機(jī)器人數(shù)學(xué)模型并設(shè)計(jì)了位姿控制器。將陸地機(jī)器人控制過程合理分解，方便的實(shí)現(xiàn)了陸地機(jī)器人的位姿控制。在建立空中機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的過程中考慮了執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)過程和空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，根據(jù)空中機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了串級(jí)控制器，采用反饋線性化的方法，設(shè)計(jì)了帶有前饋控制的PID控制器，通過實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所建立的數(shù)學(xué)模型