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《上海交通大学》 2011年
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群体机器人的设计与实现

朱潜  
【摘要】:群体机器人属于群体智能和机器人学的交叉学科。其特点是数目多、个体简单,具有高可靠性和鲁棒性。设计一套适合于群体智能算法的群体机器人实验平台,是开发群体算法的基础。 本论文前半部分首先分析了群体智能算法对底层硬件的要求,提出了群体机器人必须具备的模块。针对一般机器人无法灵活更换外设以应对不同环境的问题,设计了一个能够相互拼接和拆卸的灵活架构。接着分析了大量群体机器人一同工作可能会发生的干扰和碰撞问题,并从硬件和软件的角度提出了解决方案。当前该机器人组成的群体已经可以运用在迷宫探索、多机器人跟队以及群体聚集等演示场景中。展现出了良好的可扩展性和抗干扰性。最后展示了利用本机器人完成的群体算法里的聚集场景。 论文后半部分针对群体机器人数目大,开发程序验证算法很不方便的问题,开发了一套批量更新程序的系统。群体算法的开发者可以不通过连接电脑,而是采用一种无线的方式更新现有程序。最后介绍了一个通用的机器人仿真系统——Player/Stage,可以供算法开发者在开发初期进行仿真实验。群体机器人本身加上开发工具和仿真系统构成了一个完整的群体算法实验平台。 主要研究工作包括以下几点: (1)提出一个群体机器人的架构:该架构既能连接不同的模块,使机器人完成指定任务。又方便拆卸,以应对不同环境的需求。 (2)不同模块的设计和实现:根据已经设计好的整体架构,实现其中重要的模块。包括运动,传感,通信以及避障等。 (3)一套针对大规模机器人节点的无线更新系统:针对机器人数目多,通过传统方法依次更新程序代价大的问题。设计了一套无线批量程序更新系统——采用无线的方式对多个机器人的嵌入式芯片代码进行同时更新。其中主要涉及到了一个不同版本代码之间的比较算法以及一个可靠的数据传输协议。 (4)群体机器人开发的其他相关工具:介绍了当前比较成熟的机器人仿真系统——Player/Stage及其仿真机器人的配置。还有一系列在开发过程中会用到的工具。 本论文对群体机器人系统的设计和实现的阐述,说明了开发群体机器人一系列问题和解决方案。通过一些演示场景的展示,证明了群体机器人系统在未来广阔的发展前景以及本系统对开发群体算法提供了实际的平台和便利的工具。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP242

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