多移動機器人的協(xié)作運動控制研究.pdf

1、隨著移動機器人學及其應用技術(shù)的不斷發(fā)展，單個機器人的有限能力已不能滿足完成復雜自動化任務的要求，多機器人協(xié)作技術(shù)成為迫切需要解決的問題。目前，“協(xié)作機器人學”已經(jīng)發(fā)展成為一個新興的交叉學科，它把分布式人工智能學、社會學、管理學和生物學等領(lǐng)域的理論和方法引入機器人學的研究中，從系統(tǒng)的角度探討機器人群體的各種組織形式、信息交互、合作行為和進化機制等問題。而機器人之間的協(xié)調(diào)運動能力是完成諸如物體搬運、空間探索和搜索救援等協(xié)作任務的保證，多機器

2、人協(xié)作控制技術(shù)就是在這些新的應用需求下提出的，并隨著移動機器人學的迅速發(fā)展而逐漸成為一項重要的新課題。 本文首先綜述了多移動機器人協(xié)作控制的研究現(xiàn)狀，并分析比較了當前該領(lǐng)域的主要研究問題，介紹了實現(xiàn)機器人協(xié)調(diào)操作的主要研究方法和關(guān)鍵技術(shù)，并總結(jié)了多移動機器人協(xié)作控制的特點和發(fā)展趨勢。其中，環(huán)境感知和信息交互是移動機器人協(xié)作控制的基本能力。為此本文介紹了機器人用于感知外界信息的各種傳感模型，并對多機器人系統(tǒng)的信息交互方式、信息交互

3、協(xié)議和信息交互模式進行了闡述和分析。 機器人相對位姿檢測與定位技術(shù)是實現(xiàn)編隊等協(xié)作控制的重要前提。針對未知環(huán)境下的多移動機器人協(xié)作定位問題，本文提出了一種基于擴展卡爾曼濾波算法的相對位姿估計與更新方法，并分析了多移動機器人系統(tǒng)的的定位誤差大小。該方法提高了機器人群體的協(xié)作定位能力。 多移動機器人的協(xié)調(diào)規(guī)劃、決策與任務分配問題屬于機器人系統(tǒng)上層控制問題。針對有限空間環(huán)境中的物料收集等多機器人協(xié)作任務，提出一種基于Petri

4、網(wǎng)理論的機器人協(xié)作任務分配與導航策略，并建立了基本路口單元模型和工作空間的Petri網(wǎng)模型。針對多機器人資源環(huán)境中存在的沖突問題，提出了一種新的任務分配模型，并對拐角等環(huán)境特征的資源沖突給出了多機器人沖突消解方法。 多移動機器人編隊控制是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。非完整自主機器人之間的隊形保持與避障策略是編隊控制的核心。本文從編隊的動力學特性和幾何模型方法兩個方面分析和構(gòu)建了機器人隊形的數(shù)學約束模型。基于編隊控制的動力學特性，提出了

5、一種新的復合編隊控制方法，該方法根據(jù)機器人的期望位置在其運動約束區(qū)域內(nèi)外的不同，分別以一種靈活的反饋線性化算法和最優(yōu)近似目標算法來建立控制規(guī)則，并提出了編隊環(huán)境中存在靜態(tài)障礙物時的隊形控制策略，從而實現(xiàn)多機器人的穩(wěn)定編隊控制。該方法降低了傳統(tǒng)線性反饋控制對編隊初始誤差范圍的要求，克服了碰撞等干擾給編隊隊形帶來的不利影響，并且解決了非完整機器人編隊的避障問題。為了消除傳統(tǒng)動力學模型中存在的跟隨軌跡振蕩現(xiàn)象，本文基于非完整機器人的瞬時運動幾