收藏本站
《华中科技大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多移动机器人编队及协调控制研究

刘磊  
【摘要】: 本文从移动机器人运动控制入手,对机器人视觉、激光导航和多机器人协调编队的控制问题展开系统的研究X,旨在展现从单机器人运动控制到多机器人协调控制的演化过程,同时解决现有的机器人控制方法中所存在的一些问题。 首先,本文介绍了研究所涉及的两类移动机器人平台和两类仿真平台,在此基础上,通过对三类轮式移动机器人的机械结构的分析,研究了典型的非完整约束移动机器人的运动学模型。本文所研究的机器人平台:PioneerⅡ-DXe型机器人和Koala型机器人从模型上都可归为两轮型移动机器人。作为后续研究的基础,本文根据机器人位姿误差模型设计了一种轨迹跟踪控制器,解决了机器人的运动控制问题,并通过Matlab仿真验证了控制器对圆形轨迹的跟踪效果。 其次,由于机器人的自主运动依赖于传感器对外界环境的感知,视频信号处理在机器人的研究中起着巨大的作用。然而由于视频信号处理复杂,且易受环境光线的影响,本文首先通过图像颜色模型的变换,降低环境光线对视频信号处理效果的影响,并采用一种基于摄像机标定的三维重构原理,实现了单目视觉在空间环境下运动目标的测距,而后设计分段控制器以减小视频噪声干扰,最终实现机器人的动态识别和跟踪。 视觉信号处理适合于解决具有特征颜色或特征形状的目标物的识别问题,然而机器视觉尤其是单目视觉存在着精度低且处理速度慢等缺点,激光传感器由于精度高而信息量小在机器人导航中得到广泛的应用。本文基于激光传感器研究了几类特殊环境下的导航问题,首先特设计一种融合激光检测的视觉校正算法提高了单目视觉的测量精度,然后分别利用激光传感器设计了机器人平滑避障、导航,以及特殊环境下的运动规划控制算法,并通过Player/Stage仿真平台进行仿真实验。通过对结果的比较和分析,改进控制器性能,以获得较好的控制效果。 此外,在结合运动控制和感应决策的基础上,本文对多机器人的协调编队展开研究。本文首先提出了一种在二维环境下规模可扩展的多机器人拓扑策略,用于解决在多机器人刚性拓扑编队中,由于系统内部连接关系不明确而造成编队规模难以扩展的问题;然后以三角形编队为例使用矩阵对编队结构进行定义,并在此基础上通过基本的数学变换实现特定环境中的多机器人编队队形的协调变化。 拓扑策略是多机器人刚性编队控制的数学基础,需要通过合适的控制器进行实现。本文采用多机器人编队中经典的基于实时位姿反馈的闭环控制器,以局部编队队形中机器人的相互关系为控制对象,按照串联结构、并联结构和多引导者结构三种方式将稳定的编队结构扩展到整个编队,以实现整个系统的稳定编队,并基于一种“输入到状态稳定性理论(Input-to-State Stability,ISS)”对上述各种编队结构进行了稳定性分析,得到稳定性条件和ISS稳定性指标。同时,为了说明该策略的普适性,本文对标准三角形编队的常见衍生队形进行了讨论。 最后,由于刚性拓扑编队策略中处于不同逻辑位置的机器人的控制策略差异性,因此刚性拓扑编队策略在本质上不是一种分布式编队策略。为了研究全分布式的多机器人协调编队问题,同时避免分布式结构的局部最优缺陷,本文在经典的人工势场法的基础上,提出一种叠加了虚拟势场的改进人工势场法,在虚拟势场的作用下可以通过切向势场力使机器人在运动中避开环境里的局部最小点,从而解决人工势场法固有的局部最优的缺陷,并提出一种局部N近邻规则,同时兼顾了多机器人系统在密集型编队和大规模型编队时产生的一致性问题。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP242

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 乔琳;邓彦松;田晓亮;;基于一致性理论的多机器鱼编队控制[J];兵工自动化;2011年12期
2 李丽娟;禹梅;谢广明;;基于二阶邻居网络拓扑的多机器鱼一致性研究[J];兵工自动化;2013年12期
3 周立海;杨洪勇;;基于虚拟领导者的多智能体蜂拥行为研究[J];计算机仿真;2012年06期
4 曹建福;凌志浩;高冲;袁宜峰;;基于群集思想的多智能体编队避障算法研究[J];系统仿真学报;2014年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨帆;多移动机器人编队控制与协作运输研究[D];华东理工大学;2011年
2 申动斌;有限领导者速度信息下的多机器人编队控制[D];华南理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 刘显荣;多机器人协作定位技术及在机器人编队中的应用[D];华南理工大学;2011年
2 陆大勇;网络化的多机器人协同控制[D];华南理工大学;2012年
3 山丹;多移动机器人路径规划及避碰研究[D];沈阳理工大学;2012年
4 王京;多智能体系统编队避障算法研究[D];华东理工大学;2013年
5 张兴楠;多机器人系统队形问题研究[D];南京大学;2013年
6 张永斌;基于概率计算与状态预测的UAV编队研究[D];大连理工大学;2013年
7 祁明顺;基于串行编队的群机器人控制研究[D];天津理工大学;2013年
8 赵玲;网络化多移动机器人控制系统研究[D];华南理工大学;2013年
9 尉建龙;移动机器人编队控制及其在气味源跟踪中的应用[D];天津大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高庆吉;张友谊;王红星;洪炳熔;;非完整移动机器人鲁棒控制方法研究[J];东北电力大学学报;2006年02期
2 李胜,马国梁,胡维礼;基于Backstepping方法的车式移动机器人轨迹追踪控制[J];东南大学学报(自然科学版);2005年02期
3 杨敏,吴振彪,陈冬珍,李梦卿;基于AGV柔性物流系统调度策略的实现[J];湖北工学院学报;2001年01期
4 吴忻生,任华瑛;非完整移动机器人轨迹跟踪的最优模糊控制[J];华南理工大学学报(自然科学版);2004年03期
5 陈启军,张宏辉,王月娟,陈辉堂;一种简单的机器人鲁棒自适应轨迹跟踪控制算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年S1期
6 俞辉,王永骥,程磊;稳定的有领航者的多移动agent群集运动控制[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年08期
7 杨威,张田文,师海峰;一种用于二值图象分割的快速聚类算法[J];计算机研究与发展;1998年08期
8 董再励,王光辉,田彦涛,朱枫,洪伟;自主移动机器人激光全局定位系统研究[J];机器人;2000年03期
9 池瑞楠,胡跃明,胡终须;基于解耦控制的非完整移动机器人实时轨迹跟踪[J];机器人;2001年03期
10 黄闪,蔡鹤皋,谈大龙;面向装配作业的多机器人合作协调系统[J];机器人;1999年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邢青青;罗新斌;;基于小波去噪和机器视觉的边缘检测[J];四川有色金属;2009年01期
2 薛金林;徐丽明;;多功能农业机器人及其关键技术分析[J];安徽农业科学;2009年15期
3 夏锡全;王继先;杨海东;李兆文;;自动引导车作业平台的研制[J];安徽农业大学学报;2006年03期
4 陈向伟,王龙山,刘庆民,崔治;基于CCD图像的圆度误差测量的研究[J];半导体光电;2004年04期
5 陈向伟,王龙山,刘庆民;图像测量技术在微型齿轮测量中的应用[J];半导体光电;2004年06期
6 刘晨;费业泰;卢荣胜;张勇斌;陈晓怀;;主动三维视觉传感技术的研究[J];半导体光电;2006年05期
7 张进;王万平;吴钦章;;基于光电跟踪系统的联合Kalman滤波器算法研究[J];半导体光电;2008年04期
8 石炜;郗安民;;LED芯片测试中基于形状的检测准则[J];半导体光电;2008年05期
9 高红霞;王姗;李政访;;表面贴装元件识别中的快速阈值分割算法[J];半导体技术;2006年09期
10 王宇龙,熊继军,张文栋;智能机器人的研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曾宪伟;方洋旺;伍友利;王洪强;刘加丛;;一种新的最优制导律[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 季铮;张剑清;詹总谦;;基于特征不变量的目标识别定位方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 刘磊;王永骥;;基于单目视觉的机器人动态目标识别与跟踪[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 马小平;汪永东;樊阳;;模糊证据理论的深入研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 周艳;唐权华;金炜东;;基于自适应噪声检测的彩色图像插值滤波算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 胡玉兰;范晓静;;基于D-S证据理论改进方法的目标识别[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 沈捷;王莉;林锦国;费树岷;;基于Leader-following方式的多移动机器人队形控制方法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 谢文龙;苏剑波;;一种新的机器人系统规划与协调策略[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 张佑春;王平;张公永;;基于D-S证据理论和神经网络的信息融合方法及应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 彭力;李超;赵龙;谈金东;;基于移动传感网络模型的多机器人编队控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张子迎;多机器人协作及环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
5 张城明;非线性时滞系统最优控制及在海洋平台减振控制中的应用研究[D];中国海洋大学;2010年
6 何建民;面向网络社区聆听客户声音方法研究[D];合肥工业大学;2010年
7 李鑫;基于CMAC的多驱动系统协调控制[D];合肥工业大学;2010年
8 孙贤斌;三维信息获取技术中定标与图形包含问题的研究[D];华中科技大学;2010年
9 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
10 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 年军艳;普适计算下的上下文感知计算若干关键技术研究[D];安徽工程大学;2010年
2 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
3 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
4 郑纪业;基于H.264的校园视频监控系统的设计与实现[D];山东科技大学;2010年
5 焉杰;多传感器时滞系统信息融合及其仿真[D];山东科技大学;2010年
6 徐元;基于双目立体视觉的匹配算法研究[D];山东科技大学;2010年
7 秦丰林;面向机器人足球比赛的开放式仿真系统开发[D];浙江理工大学;2010年
8 刘国栋;基于ARM与DSP的机器视觉硬件平台设计与研究[D];郑州大学;2010年
9 张西雅;基于信息融合的汽车防追尾避撞目标识别研究[D];郑州大学;2010年
10 钟取发;动态环境下早期烟雾、火苗的视频分级检测研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张子迎;张汝波;刘心;;多机器人混合编队控制[J];北京邮电大学学报;2008年06期
2 雷艳敏;冯志彬;宋继红;;基于行为的多机器人编队控制的仿真研究[J];长春大学学报;2008年08期
3 徐天河,杨元喜;改进的Sage自适应滤波方法[J];测绘科学;2000年03期
4 王明顺;;机器人程序设计中的状态转换方法[J];东北大学学报(自然科学版);2008年02期
5 张奇智,张卫东;随机延迟网络中的时戳预测函数控制(英文)[J];Journal of Southeast University(English Edition);2005年02期
6 董世友;龙国庆;;攻击型无人机群协同自组织控制研究[J];飞航导弹;2011年12期
7 杨洪勇;徐群叁;;具有单向时延的多智能体系统的一致性分析[J];复杂系统与复杂性科学;2008年03期
8 王玲;邵金鑫;万建伟;;基于相对观测量的多机器人定位[J];国防科技大学学报;2006年02期
9 樊玮虹;唐波;蔡宣平;刘云辉;;基于人工势场法和Ad-hoc网络的多机器人编队控制[J];国防科技大学学报;2006年04期
10 王硕,谭民;基于协商和意愿强度的多自主移动机器人避碰协作[J];高技术通讯;2001年10期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 李耀军;潘泉;杨峰;李军伟;朱英;;基于多源信息融合的无人机感知与规避研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李吉功;室外时变气流环境下机器人气味源定位[D];天津大学;2010年
2 钟碧良;机器人足球系统的研究与实现[D];广东工业大学;2003年
3 程磊;多移动机器人协调控制系统的研究与实现[D];华中科技大学;2005年
4 李淑琴;面向任务的多机器人系统的组织设计研究[D];南京理工大学;2005年
5 梁华为;基于无线传感器网络的移动机器人导航方法与系统研究[D];中国科学技术大学;2007年
6 柳林;多机器人系统任务分配及编队控制研究[D];国防科学技术大学;2006年
7 王玲;未知环境中基于相对观测量的多机器人合作定位研究[D];国防科学技术大学;2006年
8 董炀斌;多机器人系统的协作研究[D];浙江大学;2006年
9 龙晓林;基于网络模型的多机器人系统研究[D];浙江大学;2007年
10 余洪山;移动机器人地图创建和自主探索方法研究[D];湖南大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯刘中;基于多传感器信息融合的移动机器人导航定位技术研究[D];西南交通大学;2011年
2 赵暾;编队卫星星间碰撞及防碰撞技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 李璠;无人机航迹规划算法研究[D];大连理工大学;2011年
4 谢敬;自主移动机器人局部路径规划方法的研究[D];西安理工大学;2003年
5 王冬梅;群集智能优化算法的研究[D];武汉科技大学;2004年
6 田建创;基于网络的移动机器人远程控制系统研究[D];浙江大学;2005年
7 翟丽平;基于MultiGen的虚拟现实三维建模技术研究与实现[D];重庆大学;2005年
8 雷斌;动态环境下多移动机器人路径规划研究[D];武汉理工大学;2006年
9 卢仁甫;基于VEGA平台的虚拟现实技术的研究[D];华中师范大学;2006年
10 周广宏;机器人网络遥操作及基于事件的控制方法研究[D];南京航空航天大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 高春生;纪永刚;王维;宋锐;;AmigoBot移动机器人上位控制系统的设计[J];工矿自动化;2012年04期
2 翟海川;纪志坚;王耀威;单素素;;基于Leader-Follower的多机器鱼模糊队形控制[J];青岛大学学报(工程技术版);2013年01期
3 曹新亮;韦庆阳;;基于位置信息的混合多智能体蜂拥控制方法[J];计算机技术与发展;2013年11期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 薛志斌;智能群体系统集群行为的动力学建模与分析及其仿真研究[D];兰州理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 司秉玉,吕宗涛,宿国军,徐心和;基于视觉非完整自主车的道路避障[J];东北大学学报;2003年02期
2 徐俊艳,张培仁,程剑锋;基于Backstepping时变反馈和PID控制的移动机器人实时轨迹跟踪控制[J];电机与控制学报;2004年01期
3 吴忻生,任华瑛;非完整移动机器人轨迹跟踪的最优模糊控制[J];华南理工大学学报(自然科学版);2004年03期
4 池瑞楠,胡跃明,胡终须;基于解耦控制的非完整移动机器人实时轨迹跟踪[J];机器人;2001年03期
5 高庆吉,洪炳熔,阮玉峰;基于双目协调的小型全自主足球机器人导航[J];机器人;2003年06期
6 张明路,彭商贤,曹作良;基于模糊逻辑控制技术的移动机器人路径跟踪中的偏差纠正[J];机器人;1998年06期
7 王朝立,霍伟;一类不确定非完整动力学系统的鲁棒镇定及其在移动机器人中的应用[J];机器人;1998年06期
8 何斌,应锦春,修茹红,李德信;面向对象的智能化FMS调度仿真[J];计算机仿真;1998年02期
9 范红;移动机器人在避开单凸多边形障碍物过程中转角的确定[J];科技通报;2004年01期
10 李青湘,胡跃明,裴海龙,周其节;移动机器人的鲁棒输出跟踪[J];控制理论与应用;1998年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 关桂霞;车载Gps/DR组合导航系统研究[D];华北工学院;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邹瑞雨,王大培,李全益;一个简单的机器人视觉引导装配实验系统[J];机器人;1989年01期
2 曾立;;提高弧焊机器人控制系统可靠性的措施[J];电气自动化;1996年04期
3 贺红林;赵淳生;;机器人的超声电机驱动及其控制研究[J];压电与声光;2005年06期
4 袁军民;;结构光传感器在机器人焊接中的应用[J];金属加工(热加工);2008年10期
5 谢瑞霞;;模糊神经网络在机器人控制中的应用[J];计算机系统应用;2008年10期
6 胡晏如,常文森;机器人的分散控制[J];国防科技大学学报;1988年02期
7 李志;解慧;裴宏昌;;ROBOT—Ⅰ型机器人操作控制系统分析[J];河北理工学院学报;1989年03期
8 石玉秋;孙炜;孙洪淋;;一种三关节机器人视觉伺服系统研究[J];装备制造技术;2006年02期
9 王立权;刘秉昊;吴健荣;韩金华;卢正宇;;6R关节型机器人运动学建模[J];智能系统学报;2010年02期
10 韩珂;李耀通;;机器人在任务空间的变结构跟踪控制[J];自动化学报;1992年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 唐矫燕;赵群飞;黄杰;杨汝清;;基于两足步行椅机器人的人在环中的助残机器人控制系统[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 王明辉;王楠;李斌;;面向灾难救援的机器人控制站系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
3 张国伟;李斌;龚海里;王聪;郑怀兵;;废墟洞穴搜救机器人控制软件设计与实现[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
4 康惠春;王建军;马春庆;王卫星;贾天义;闫立峰;尹德秀;范巧变;谷书伟;杨文娟;杨大芳;;大型拖拉机底盘机器人自动喷涂集成系统[A];第十五届全国涂料与涂装技术信息交流会暨商用车、工程机械、轨道交通涂装技术研讨会论文集[C];2012年
5 田冬英;王明辉;李斌;;水陆两栖可变形机器人控制系统设计与实现[A];中国仪器仪表学会第十三届青年学术会议论文集[C];2011年
6 屈菊红;李小坚;;基于LabVIEW的机器人远程控制系统的研究与实现[A];中国计量协会冶金分会2010年会论文集[C];2010年
7 丁金婷;朱丹奇;;基于LabVIEW的机器人微控制器设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
8 罗亦彪;赖旭芝;吴敏;;平面欠驱动机器人Acrobot的位置控制策略[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
9 李卫红;霍伟;;基于滑模原理的自适应模糊控制器在机器人中的应用[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
10 霍伟;马保离;;带反作用轮空间机器人的变结构控制算法[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 张奇锋;救援机器人——“戴着镣铐在跳舞”[N];广东科技报;2011年
2 特约记者 杨保国;中国科大“蓝鹰”称雄机器人世界杯[N];大众科技报;2007年
3 记者 解悦;坐着听课学生也能发电[N];南京日报;2007年
4 予言;现代重工加大船用新品研发力度[N];中国船舶报;2009年
5 徐玢;除了立标准还立什么?[N];科技日报;2010年
6 本报记者 王怡舟;等待腾飞[N];电脑报;2001年
7 本报记者诸巍;“黑客帝国”:喧闹的伪哲学?[N];解放日报;2003年
8 骆蔚(西门子管理学院);了解日本人的“制胜方式”[N];中国图书商报;2006年
9 通讯员 朱凤芹;宗锦耀司长考察纽荷兰英国拖拉机工厂[N];中国农机化导报;2007年
10 顾钢;德国实用技术集锦(八)[N];科技日报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张典;大鼠机器人遥控遥测系统与行为模式研究[D];电子科技大学;2013年
2 张国有;基于黄蜂群算法的群机器人区域覆盖问题研究[D];兰州理工大学;2013年
3 孙太任;机器人对环境边界的跟踪控制[D];华南理工大学;2011年
4 Dioubate Mamady I;基于进化免疫系统理论的多机器人协作和机器人目标探索研究[D];中南大学;2009年
5 高妍南;基于变形仿生鳍的机器人减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 张峥炜;基于生物启发的群机器人系统群体搭建机制研究[D];山东大学;2012年
7 林广栋;人工内分泌系统新机制及应用研究[D];中国科学技术大学;2012年
8 刘荣;广义脉码调制液压伺服控制的理论和应用研究[D];浙江大学;2003年
9 周宗锡;刚体姿态控制及其在机器人控制中的应用研究[D];西北工业大学;2002年
10 朱欣志;两轮车的稳定性分析与控制研究[D];西北工业大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈旭;无线网络环境下的机器人动态跟踪随机LQG算法[D];北京交通大学;2011年
2 邹治辉;基于传感器的煤矿救援机器人局部路径规划[D];西安科技大学;2010年
3 王坤;多机器人控制及其虚拟仿真[D];西安电子科技大学;2010年
4 刘敏;矿业机器人设计与实现[D];中国地质大学(北京);2011年
5 梁文君;机器人动态路径规划与协作路径规划研究[D];浙江大学;2010年
6 董健;腹腔微创手术机器人控制系统设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 胡振邦;输电线路除冰机器人控制策略研究[D];兰州理工大学;2011年
8 曹俊琴;一种基于思维进化算法的神经网络求解机器人逆运动学问题[D];太原理工大学;2005年
9 王伟;基于机器视觉的机器人二维曲线静态跟踪[D];山东大学;2005年
10 张中英;基于遗传算法的机器人神经网络控制系统[D];太原理工大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026