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《兰州理工大学》 2009年
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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】:兰州理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP242.6

【引证文献】
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1 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
2 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
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 庄全文;面向群机器人协调控制研究的原型系统设计[D];太原科技大学;2013年
5 张文武;面向目标搜索研究的群机器人监控系统设计[D];太原科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王玲;刘云辉;万建伟;邵金鑫;;基于相对方位的多机器人合作定位算法[J];传感技术学报;2007年04期
2 张海英 ,刘祚时 ,林桂娟;群体机器人研究的现状和发展[J];电子技术应用;2004年02期
3 陈永光,李修和;基于信号强度的室内定位技术[J];电子学报;2004年09期
4 王玲;邵金鑫;万建伟;刘云辉;;多机器人定位中基于熵的分布式观测量选择方法[J];电子学报;2007年02期
5 孙佩刚;赵海;罗玎玎;张晓丹;尹震宇;;智能空间中RSSI定位问题研究[J];电子学报;2007年07期
6 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
7 李建明;万单领;迟忠先;胡祥培;;一种基于GPU加速的细粒度并行粒子群算法[J];哈尔滨工业大学学报;2006年12期
8 丁信伟,王淑兰,徐国庆;可燃及毒性气体泄漏扩散研究综述[J];化学工业与工程;1999年02期
9 谭民,范永,徐国华;机器人群体协作与控制的研究[J];机器人;2001年02期
10 王军,苏剑波,席裕庚;多传感器集成与融合概述[J];机器人;2001年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许正荣;贾贤龙;杨敦毅;;循环冗余校验(CRC)编码器设计及FPGA实现[J];安徽农业科学;2010年08期
2 陈寅杰;石瑞;曹建军;郑熠;;基于LabVIEW的数字信号生成在渔船通导设备测试中的应用[J];现代农业科技;2011年21期
3 朱彦凝;吴赟城;王强;;高压天然气管道孔口泄漏扩散浓度与范围仿真探讨[J];安全;2009年04期
4 陈庚;刘茂;李丽芬;;有毒重气在倾斜表面扩散的研究[J];安全与环境学报;2006年03期
5 王东东;刘茂;李剑峰;何卫峰;;小区域氯气扩散的CFD模拟研究[J];安全与环境学报;2008年03期
6 孙明阳;蔡震寰;陈伟;;无线局域网中基于信号强度的快速定位算法研究[J];信息安全与技术;2012年04期
7 张峰;王金超;陈雪波;;机器人队形控制中的二叉树方法[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
8 刘开云;刘保国;徐冲;;基于PSO-BP算法的隧道非线性位移分析模型[J];地下空间与工程学报;2009年02期
9 戴皓,李小坚;机器人足球比赛策略仿真系统的设计与建模[J];北方工业大学学报;2004年01期
10 王英伟;吴琦;隋祥;刘振伟;;应用Excel模拟高斯烟团模式计算危险气体泄漏[J];环境科学与管理;2008年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱童;李小凡;李一琼;张美根;;基于改进粒子群算法的地震标量波方程反演[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
2 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
3 张顶学;关治洪;刘新芝;;多种群并行粒子群算法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 崔志华;蔡星娟;曾建潮;孙国基;;基于预测速度的改进微粒群算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 黄天云;王晓楠;陈雪波;徐望宝;;基于多任务的组群机器人系统结构分析与设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 王红;周越;;移动机器人的分层式运动规划方法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 仲朝亮;刘士荣;吕强;;RobSim:一种多移动机器人仿真系统[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 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
9 ;Trajectory Tracking and Formation Control Based on Consensus in Networked Multi-agent Systems[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 付佳;王美玲;杨毅;周培德;;基于计算几何算法的多智能体快速编队[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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1 杨书召;受限空间煤尘爆炸传播及伤害模型研究[D];河南理工大学;2010年
2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 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
5 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
7 曲建华;基于群体智能的聚类分析[D];山东师范大学;2010年
8 李敏;基于协同异构模型的成形模拟计算加速[D];华中科技大学;2010年
9 宋越明;基于粒子滤波的跟踪方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
10 张朝能;高原山区地形条件下城市重气泄漏风洞实验与数值模拟[D];昆明理工大学;2008年
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1 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
2 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
3 孙晓红;小口径深井救援机器人的设计研究[D];山东科技大学;2010年
4 殷慧;机器人假肢功能设计与分析[D];山东科技大学;2010年
5 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
6 邵晓路;蚁群群体智能网络可视化试验平台研制[D];浙江理工大学;2010年
7 赵乐乐;在役桥梁结构健康诊断与寿命预测技术研究[D];郑州大学;2010年
8 杨书显;基于PSO算法的氧乐果合成过程建模与控制研究[D];郑州大学;2010年
9 杨秀成;六自由度检修机械臂路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张家飞;机器人群体协同任务规划与协调避碰[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 肖爱平,孙汉旭,谭月胜;基于蓝牙技术的机器人模块化无线通信设计[J];北京邮电大学学报;2004年01期
2 靳洋;张毅;;基于无线Ad Hoc网络的多移动机器人系统[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年S1期
3 吴振宇;李航;冯林;杜猛;;多传感器数据融合在轮式机器人朝向角控制中的应用[J];传感器与微系统;2011年07期
4 姜红;;基于VB的监控系统开发[J];电脑学习;2009年04期
5 华中田;;与蜂共舞—ZigBee技术一瞥[J];电子产品世界;2007年11期
6 余伶俐;蔡自兴;刘晓莹;高平安;;均分点蚁群算法在群集机器人任务规划中的应用与研究[J];高技术通讯;2009年10期
7 李文;计算机监控系统研究概述[J];广西民族学院学报(自然科学版);2002年03期
8 王亚超;薛颂东;曾建潮;;群机器人通信研究综述[J];工业控制计算机;2011年09期
9 胡劲草;;室内自主式移动机器人定位方法研究[J];机电产品开发与创新;2006年05期
10 张弦;苏志远;;自主移动机器人定位技术研究综述[J];机电产品开发与创新;2010年02期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 王卫华;移动机器人定位技术研究[D];华中科技大学;2005年
2 董炀斌;多机器人系统的协作研究[D];浙江大学;2006年
3 高云园;基于生物免疫机理的多机器人协作研究[D];浙江大学;2007年
4 王伟东;移动传感器网络定位技术研究[D];电子科技大学;2008年
5 韩冬桂;搜索机器人定位技术研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 刘玉鹏;多传感器系统设计及其在机器人定位中的应用[D];国防科学技术大学;2005年
3 刘利彬;基于全视觉的移动机器人多路标定位方法[D];哈尔滨工程大学;2007年
4 张于峰;ZigBee与局域网通信的网关设计[D];成都理工大学;2007年
5 刘佳;基于路标的移动机器人定位方法的研究[D];中南大学;2007年
6 刘磊;移动机器人的定位与跟踪研究[D];华中科技大学;2006年
7 韩金鲁;基于ZigBee技术的智能仓储系统的研究[D];山东大学;2008年
8 马钢;基于ZigBee的井下人员跟踪定位系统设计与实现[D];大连理工大学;2008年
9 周华;多传感器融合技术在移动机器人定位中的应用研究[D];武汉理工大学;2009年
10 陈智翔;基于ARM9的ZIGBEE无线家庭网关设计[D];武汉理工大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张志泉;事故性泄漏的有毒气体的风险性评价[J];北方环境;2004年04期
2 沈捷,费树岷,郑波;多移动机器人保持队形路径规划[J];东南大学学报(自然科学版);2005年03期
3 张海英 ,刘祚时 ,林桂娟;群体机器人研究的现状和发展[J];电子技术应用;2004年02期
4 陈永光,李修和;基于信号强度的室内定位技术[J];电子学报;2004年09期
5 孙佩刚;赵海;张文波;尹震宇;赵明;;普适计算中定位服务的参考点布置及选择算法[J];电子学报;2006年08期
6 王昕,王宗欣;二种同时估计信源位置和信号发射时间的TOA算法[J];复旦学报(自然科学版);2002年02期
7 沈建锋,王宗欣;室内CDMA用户定位方法研究[J];复旦学报(自然科学版);2003年01期
8 钟冬望,段卫东,王海亮;露天爆破毒气传播规律探讨[J];工程爆破;1999年01期
9 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
10 夏冰,张佐,张毅,胡坚明;基于多智能体系统的动态路径选择算法研究[J];公路交通科技;2003年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈雪江;基于强化学习的多机器人协作机制研究[D];浙江工业大学;2004年
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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
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 梁亮;液体环境下螺旋管道机器人的研究[D];中南大学;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 张文武;面向目标搜索研究的群机器人监控系统设计[D];太原科技大学;2013年
5 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
6 庄全文;面向群机器人协调控制研究的原型系统设计[D];太原科技大学;2013年
7 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
8 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
9 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
10 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
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