多移動機(jī)器人團(tuán)隊的系統(tǒng)設(shè)計與編隊問題研究.pdf

1、移動機(jī)器人是基于多學(xué)科知識融合的一個智能平臺,采用移動機(jī)器人平臺的多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)拓寬了機(jī)器人應(yīng)用的范圍,彌補(bǔ)了單機(jī)器人應(yīng)用中的一些不足之處,可以獲得更高的工作效率和更經(jīng)濟(jì)的使用成本.如何有效地組織由多個機(jī)器人構(gòu)成的團(tuán)隊,以及在這樣的團(tuán)隊中如何實現(xiàn)協(xié)調(diào)與合作,是多機(jī)器人系統(tǒng)研究所面臨的主要挑戰(zhàn).多移動機(jī)器人系統(tǒng)的研究目前還處于發(fā)展階段,許多技術(shù)從無到有,正在逐步走向成熟,因此也就對其走出實驗室、實現(xiàn)商用化提出了更高的期望.針對上述問題,

2、本文研究了多移動機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與編隊控制問題,為提高多移動機(jī)器人團(tuán)隊的可用性、實用性、易用性進(jìn)行了理論和實踐等多方面的研究. .本論文主要工作包括以下幾個方面: ●針對多機(jī)器人系統(tǒng)任務(wù)描述中存在進(jìn)行團(tuán)隊級抽象的需要,定義了多移動機(jī)器人團(tuán)隊概念,包括分級的坐標(biāo)系定義、團(tuán)隊內(nèi)部的角色定義和團(tuán)隊級的行為定義,設(shè)計了一組團(tuán)隊級行為模塊,并以有限狀態(tài)機(jī)鏈圖的形式來實現(xiàn)團(tuán)隊任務(wù)的描述,降低了任務(wù)設(shè)計中對機(jī)器人底層硬件和個體機(jī)器人行為的依賴

3、性,提高了整個系統(tǒng)的易用性和擴(kuò)展性,實例分析了半結(jié)構(gòu)環(huán)境下的編隊任務(wù)的描述,顯示了所提出方法的有效性. ●由異構(gòu)移動機(jī)器人組成的多機(jī)器人團(tuán)隊可以發(fā)揮不同的軟硬件和傳感器的優(yōu)勢,在實際使用中具有廣泛的需求,通過分析異構(gòu)多移動機(jī)器人之間的差異,著重描述了Pioneer和Frontier兩類機(jī)器人在軟硬件上的區(qū)別,以無線局域網(wǎng)為組織結(jié)構(gòu),提出了基于套接字通訊的本地和遠(yuǎn)程混合IPC機(jī)制的組隊實現(xiàn)方法,以異構(gòu)多移動機(jī)器人的容錯控制實驗作為

4、實例說明了該方法的有效性. ●針對現(xiàn)有多移動機(jī)器人應(yīng)用軟件中存在的集成度低、結(jié)構(gòu)松散、靈活性差的問題,從工程實踐的角度出發(fā),設(shè)計了一個面向多移動機(jī)器人團(tuán)隊的通用軟件平臺TeamLab,它具有一個上下兩級共四層的混雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和一個可視化的集成編程環(huán)境,通過團(tuán)隊行為模塊的圖形化編程和數(shù)據(jù)組態(tài)來實現(xiàn)簡易編程,以三機(jī)器人編隊跟蹤的實驗展示了該軟件平臺的實用性和易用性. ●針對多移動機(jī)器人編隊控制中實現(xiàn)聯(lián)合避障存在的抖動和卡位現(xiàn)象

5、,在行為法編隊策略和Motor-Schema行為融合的基礎(chǔ)上,基于多機(jī)器人環(huán)境信息共享的方法改進(jìn)了避障的行為,實現(xiàn)隊形的緊密保持,以室外環(huán)境下的單障礙編隊和室內(nèi)環(huán)境下的兩障礙編隊實驗驗證了該方法的有效性和可靠性. ●針對變隊形編隊中已知終端隊形形狀、而未知隊形結(jié)構(gòu)的問題,研究了基于最小隊形轉(zhuǎn)換矩陣的終端隊形選擇方法,設(shè)計隊形變換的控制律,并通過半結(jié)構(gòu)環(huán)境下三機(jī)器人編隊實驗說明了該方法的實用性.然后針對終端隊形不確定的情況,定義了