收藏本站
《兰州理工大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

面向目标搜索的群机器人协调控制及其仿真研究

薛颂东  
【摘要】:群机器人是由数量众多、结构和功能相对简单的自主移动机器人组成的人工群体系统。在自组织机制下,通过有限感知和局部交互涌现群体智能,协同完成超出单个机器人能力的规定任务。其分布式协调控制策略源于生物群体的启发,具有鲁棒性强、柔性好、规模可伸缩等特点。本文针对目标搜索任务,通过建立反映生物群体特征的微粒群算法和目标搜索问题之间的映射关系,将前者扩展为群机器人的系统建模和协调控制工具,然后围绕定位、通信、避碰规划、信号融合等切实影响类微粒群算法发挥作用的主要环节,进行控制策略及其仿真研究。围绕这些内容所进行的工作及其成果如下: (1)就机器人与微粒的特征异同以及目标搜索与函数寻优的作用机理相似性,提出了系统层面上的机器人通信邻域结构和个体层面上的时变特征群概念,建立了微粒群算法与群机器人目标搜索问题之间的映射关系。在将机器人抽象为二维封闭空间中的运动微粒、将其动态特性抽象为一阶惯性环节后,给出了群机器人的扩展微粒群算法模型。在理想条件下基于该模型所做的目标搜索仿真实验,表明了该法的可行性,揭示了主要的算法参数与控制性能间的关系。 (2)对于不便部署全局定位系统的搜索环境,提出了相对定位机制下扩展微粒群算法模型的形式化描述。首先由机器人的有限能力特性引入了短期记忆机制,根据机器人仅能记忆当前时刻和上一时刻的位置及相应信号的特点,确定了个体的最优认知位置和特征群的最优位置。由此,基于机器人的当前位置与个体认知位置和特征群最优位置间的相对观测距离和方位,确定了下一时刻个体坐标系下的期望速度和位置。仿真结果表明了该法的可行性,但也发现,系统的运行效率低于绝对定位机制下的目标搜索。 (3)针对机器人之间的通信交互对控制算法效率的影响,提出了将个体认知和特征群共享信息分别更新的异步通信原则。机器人在各时间步采样后按扩展微粒群算法模型计算下一时刻的进化速度和位置,并随时更新自身认知,但对所记忆的关于特征群共享信息的更新则只在自身发现了更佳的特征群位置或监听到邻居机器人己对共享信息进行了更新时才进行。在此基础上,提出了基于通信周期和基于期望进化位置的异步通信策略。仿真结果表明,搜索算法中嵌入期望进化位置的异步通信策略后,系统具有较高的搜索效率。 (4)针对机器人具有质量和物理尺寸,并受非完整运动学特性约束,且非结构化环境中存在障碍物和其他机器人的问题,提出了群机器人的避碰规划问题。首先基于机器人的多传感器结构,改进了人工势场法,并与扩展微粒群算法模型进行了有效集成。将各个时刻计算得到的一系列期望位置分别作为临时目标,对机器人产生吸引力,而接近传感器探测范围内的障碍物对其产生排斥力。合力决定了机器人的运动方向。而机器人在向临时目标移动过程中须服从自身的运动学特性约束。由此,确定了输入机器人控制器的控制向量,直至无碰撞地接近目标。仿真结果表明了该法的有效性。 (5)针对位置评价以机器人对目标信号的检测为基础,且非结构化环境中目标信号具有多源异类等特点,故以一类典型的多源异类信号的传播环境为背景,提出了机器人对间歇性呼救声、周期性无线射频电磁波和连续性扩散瓦斯等实时性异类信号的融合框架。令目标和机器人分别作为信源和信宿,用单个信源和多个信宿之间各自独立的虚拟连续通信描述目标信号的检测过程。由此,给出了信源信号的三位二进制编码表。再引入二值逻辑,基于检测阈值提出了信宿侧的感知事件概念。然后,利用不同种类信号所具有的统计分布特性、可能籍此进行目标定位时的不同定位性质及精度,基于信息熵准则确定了不同种类信号对融合值的贡献度(权向量),对检测值进行归一化处理后作为信号的区分度,以此将异类信号融合为无量纲的纯量。在多源异类信号的传播环境中所进行的信号融合仿真,表明建立在该法基础上的目标信号搜索是可行的。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;集群机器人 引领科技新潮流[J];信息网络;2008年12期
2 谢丽萍;曾建潮;;面向群机器人目标搜索的拟态物理学方法[J];模式识别与人工智能;2009年04期
3 李进;薛颂东;曾建潮;郭银章;;群机器人目标搜索中的通信模式研究[J];太原科技大学学报;2011年04期
4 周浦城,洪炳镕;基于对策论的群机器人追捕-逃跑问题研究[J];哈尔滨工业大学学报;2003年09期
5 郭晋炜;曾建潮;;基于目标搜索任务的群机器人路径规划[J];系统仿真学报;2010年12期
6 熊举峰;谭冠政;皮剑;;基于虚拟力的群机器人围捕算法[J];计算机工程与应用;2008年25期
7 常丽;;一种改进的群机器人类蚂蚁区域覆盖算法[J];电脑开发与应用;2011年04期
8 周浦城;洪炳镕;;基于对策论的群机器人追捕-逃跑问题研究[J];哈尔滨工业大学学报;2003年09期
9 连晓峰;魏新红;刘文果;左敏;;基于宏观概率模型的群机器人系统自适应建模研究[J];计算机仿真;2011年07期
10 李慧勇;张国有;郭银章;;引入方向变量的群机器人启发式区域覆盖算法[J];太原科技大学学报;2011年04期
11 刘晓莹;蔡自兴;余伶俐;高平安;;一种正交混沌蚁群算法在群机器人任务规划中的应用研究[J];小型微型计算机系统;2010年01期
12 薛颂东;曾建潮;;群机器人研究综述[J];模式识别与人工智能;2008年02期
13 张国有;曾建潮;;基于黄蜂群算法的群机器人全区域覆盖算法[J];模式识别与人工智能;2011年03期
14 曾建潮;薛颂东;;群机器人系统的建模与仿真[J];系统仿真学报;2010年06期
15 雷斌;李文锋;;基于粒子群优化的多机器人合作目标搜索算法[J];武汉理工大学学报;2009年15期
16 刘密英,黄家贤,叶琪根;机械结构与系统精度通用计算法及其应用——机器人机构误差分析与计算[J];机器人;1992年04期
17 罗学明;机器人机构学基础[J];机器人;1985年05期
18 于殿勇,郑钢铁,孙序梁;蠕动式管内移动机构的一种模型[J];机器人;1994年05期
19 罗杨宇;李金泉;王健美;杨向东;陈恳;;人机合作机器人重力平衡设计[J];机器人;2006年05期
20 王楠;;小型工业机器人的设计状况与前景[J];广西轻工业;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 熊举峰;谭冠政;;群机器人网格分布控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 薛颂东;曾建潮;杜静;;具运动学特性约束的群机器人目标搜索[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
3 曾建潮;薛颂东;;群机器人系统的建模与仿真[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
4 马艳云;水仁德;沈模卫;;数量化维度目标搜索的影响因素探索[A];第九届全国心理学学术会议文摘选集[C];2001年
5 李琳;张铁;叶凯麟;谢存禧;;比赛用手动机器人机构的设计与制作[A];第11届粤港机械电子工程技术与应用研讨会论文汇编[C];2010年
6 王明辉;李斌;王楠;;基于虚拟现实的灾难救援机器人实时感知与判定系统研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
7 侯格贤;唐明;马颂德;;一种自适应调整目标跟踪窗口的新方法[A];中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议(CIG’2001)和第一届全国虚拟现实技术研讨会(CVR’2001)论文集[C];2001年
8 马书根;;中国有必要用机器人吗?——多关节机器人的开发[A];信息科学与微电子技术:中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
9 李立;张登材;刘朝晖;陈永;;周期信号扰动法应用于机器人机构混沌运动的控制[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
10 陈荣盛;袁小海;胡震;刘培林;;水下机器人目标搜索与识别系统[A];1999年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 楚军;21世纪的德国陆军炮兵[N];中国国防报;2003年
2 ;给机器人插上理想[N];徐州日报;2006年
3 记者 杨柳纯;边建院边研发催生一批科研成果[N];深圳特区报;2006年
4 里 土;俄罗斯新“铠甲”令美国担忧[N];中国国防报;2005年
5 陈黎;MBDA公司透露新型巡飞弹研制计划[N];中国航空报;2007年
6 杨震、记者 谭洁;整建制对地突击能力实现突破[N];解放军报;2006年
7 纽约搜索引擎市场营销和媒体拍卖管理公司行业关系副总裁 Mark Simon;Google和微软遭受不同待遇[N];计算机世界;2007年
8 本报记者 杨柳纯通讯员 覃善萍;深圳“源头创新”主力军展雄姿[N];深圳特区报;2007年
9 本版编辑 许欢 驻站记者 杨志武 张希库 曹练刚 杜耀光 阳宗峰;半年考核后,部队在干啥?[N];战士报;2006年
10 朱如华;无人武器无限风光[N];中国国防报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 薛颂东;面向目标搜索的群机器人协调控制及其仿真研究[D];兰州理工大学;2009年
2 熊举峰;群机器人分布控制及优化[D];中南大学;2009年
3 谢丽萍;基于拟态物理学的全局优化算法设计及性能分析[D];兰州理工大学;2010年
4 李翔;群机器人分布式编队控制及建模研究[D];中南大学;2012年
5 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
6 张飞;移动机器人覆盖问题的研究[D];上海交通大学;2008年
7 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
8 王猛;仿青蛙跳跃机器人的研制[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 于秀丽;自行车机器人非线性系统的控制及实现[D];北京邮电大学;2010年
10 卜迟武;风机叶片打磨机器人的控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 昝云龙;不同定位机制下的群机器人目标搜索与定位研究[D];太原科技大学;2012年
2 宋玉丽;群机器人多目标搜索任务分配及参数选择研究[D];太原科技大学;2012年
3 王亚超;面向目标搜索的群机器人试验系统的设计开发[D];太原科技大学;2012年
4 李进;混合通信模式下的群机器人搜索问题研究[D];太原科技大学;2011年
5 李慧勇;群机器人启发式区域覆盖算法及围捕策略研究[D];太原科技大学;2011年
6 曾军;群机器人系统数学模型的建立与研究[D];上海交通大学;2010年
7 蒋超;基于内容的信息扩散机制在群机器人系统中的应用研究[D];上海交通大学;2011年
8 阎静;群机器人地图创建探索策略研究[D];太原科技大学;2012年
9 周雅琴;集群机器人无线网络时间同步与定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 郭晋炜;基于微粒群算法的群机器人系统路径规划研究[D];太原科技大学;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978