多自主移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)的研究已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最具潛力和應(yīng)用前景的研究方向。伴隨著科學(xué)研究領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深入，為了更好地替代人類(lèi)對(duì)各種復(fù)雜危險(xiǎn)的空間環(huán)境進(jìn)行實(shí)地考察獲取第一手資料，多機(jī)器人協(xié)作已成為人類(lèi)進(jìn)行科學(xué)探索必不可少的技術(shù)手段之一。本文對(duì)多機(jī)器人協(xié)作研究中的多機(jī)器人協(xié)作體系結(jié)構(gòu)、協(xié)作定位及多機(jī)器人任務(wù)分配三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究，主要工作如下：
　　以自主移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展歷程為基礎(chǔ)，對(duì)多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用作了較為詳

2、細(xì)的介紹，指出多機(jī)器人協(xié)作是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果和發(fā)展目標(biāo)。同時(shí)對(duì)多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容、難點(diǎn)和存在的問(wèn)題進(jìn)行了歸納總結(jié)。并對(duì)本文的研究基礎(chǔ)做了簡(jiǎn)單的介紹。
　　多機(jī)器人系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是一種協(xié)調(diào)系統(tǒng)中機(jī)器人之間行為和功能邏輯關(guān)系的有效控制機(jī)制。在自主移動(dòng)機(jī)器人所具備的行為功能基礎(chǔ)上，針對(duì)自主移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)模式，以個(gè)體機(jī)器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)結(jié)合各功能模塊之間的邏輯功能關(guān)系提出了面向功能層次的多機(jī)器人分布式體系

3、結(jié)構(gòu)；針對(duì)機(jī)器人協(xié)作中所要實(shí)現(xiàn)的行為功能，給出了多機(jī)器人協(xié)作的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)系圖。并對(duì)各關(guān)鍵技術(shù)的研究重點(diǎn)和主要研究方法進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。
　　移動(dòng)機(jī)器人的定位是其執(zhí)行任務(wù)和進(jìn)行協(xié)作的前提和基礎(chǔ)，以足球機(jī)器人為載體對(duì)機(jī)器人自定位和路徑規(guī)劃進(jìn)行了研究。針對(duì)足球機(jī)器人視覺(jué)傳感器和自身移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)建立了機(jī)器人全景攝像機(jī)模型和運(yùn)動(dòng)模型，通過(guò)對(duì)場(chǎng)地環(huán)境進(jìn)行采樣點(diǎn)觀測(cè)進(jìn)行顏色識(shí)別和距離標(biāo)定研究，在此基礎(chǔ)上的實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在結(jié)構(gòu)化場(chǎng)地中的基于白線檢測(cè)的

4、視覺(jué)自定位。以足球機(jī)器人通過(guò)協(xié)作完成射門(mén)為目的，設(shè)計(jì)了一種基于貝塞爾曲線的最優(yōu)路徑規(guī)劃方法，在完成射門(mén)動(dòng)作的同時(shí)能夠有效避開(kāi)障礙。通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)體機(jī)器人測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)其可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，對(duì)機(jī)器人多傳感器混合定位和融合定位進(jìn)行了研究，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　對(duì)多機(jī)器人協(xié)作定位進(jìn)行了研究。協(xié)作定位的關(guān)鍵在于機(jī)器人之間的信息交流和對(duì)機(jī)器人獲取的局部信息進(jìn)行有效融合得到全局信息。針對(duì)信息融合問(wèn)題，本文采取一種分布

5、式多傳感器信息融合方法對(duì)里程計(jì)和視覺(jué)傳感器進(jìn)行信息融合，同時(shí)在融合過(guò)程中通過(guò)馬氏距離數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型對(duì)初步融合結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，提高了信息融合的可靠性和容錯(cuò)性。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于特征檢測(cè)的擴(kuò)展卡爾曼濾波協(xié)作定位方法。通過(guò)機(jī)器人之間的相對(duì)觀測(cè)量對(duì)協(xié)作定位中的機(jī)器人觀測(cè)方程和狀態(tài)方程進(jìn)行更新校正，此方法有效降低了里程計(jì)在觀測(cè)中所帶來(lái)的累積誤差，提高了定位的精度。最后給出了仿真實(shí)驗(yàn)的定位誤差，結(jié)果證明此方法是可靠有效的。
　　對(duì)多機(jī)

6、器人任務(wù)分配進(jìn)行了研究。首先對(duì)當(dāng)前的任務(wù)分配方法進(jìn)行了分類(lèi)總結(jié)，并對(duì)任務(wù)分配問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。多機(jī)器人任務(wù)分配問(wèn)題屬于機(jī)器人控制系統(tǒng)上層組織決策的范疇，需要分層協(xié)調(diào)處理。通過(guò)對(duì)多機(jī)器人和多任務(wù)的狀態(tài)空間描述，可以將機(jī)器人和任務(wù)分別以有限集合的形式進(jìn)行描述，則多機(jī)器人任務(wù)分配可以看做是一個(gè)有約束條件的組合優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)以能力向量的形式對(duì)機(jī)器人和任務(wù)進(jìn)行能力向量定義，并確定機(jī)器人完成任務(wù)的能力條件。市場(chǎng)機(jī)制是一種對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行合理分配的有