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基于ROS的多移动机器人编队避障研究

王蔚  
【摘要】:随着机器人技术在诸多方面的应用,单个机器人的应用局限性逐渐暴露。多机器人协同系统凭借其效率高、鲁棒性强等优点受到广泛关注,在军事、工业、民用等领域有着极大的发展空间。随着相关理论研究的不断完善,编队控制及避障问题成为了多机器人协同领域的热门方向,其难点主要体现为在复杂的动态障碍物环境下,多机器人编队队形的形成、保持以及避障。为此,论文以多移动机器人的编队与避障问题进行研究。首先,介绍了差分轮式移动机器人的运动学特点,设计了一种跟随者能够自适应调节跟随速度的领航—跟随编队模型,并通过三维仿真平台GAZEBO进行验证,实验结果表明,编队中的跟随者可以自适应的调节跟随速度,达到较好的编队效果。其次,论文提出了一种融合全局路径规划和局部动态避障的路径规划方法。该方法通过集成启发式A*算法和局部路径规划DWA算法的优势,通过扩展DWA的评价函数对局部路径和全局路径进行实时约束,优化了移动机器人的自主导航功能,并通过MATLAB平台对所提融合算法进行仿真验证,实验结果表明,优化后的算法可以很好的完成机器人的自主导航功能。再次,以领航—跟随编队系统作为研究对象,提出了一种编队与自主导航相结合的自适应编队避障方案,并建立了同构整体避障和异构独立避障两种避障方式,通过三维仿真平台GAZEBO进行验证。实验结果表明,论文设计的编队与导航相结合的方法,可以很好的完成多机器人的编队避障功能。最后,设计了基于ROS的差分轮式移动机器人实验平台。经过调试,机器人可以按照预期设定完成编队避障任务,验证了论文算法的可行性和实用性。论文针对多移动机器人系统的编队避障问题进行研究,借助MATLAB、GAZEBO平台进行融合算法和编队避障方法的可行性和有效性验证,最后通过自行设计的实物平台展开验证。结果表明论文优化后的导航算法和自适应编队避障方案具备较高的可行性和稳定性,该方案在编队巡逻、协同抓捕、搜索救援、以及协同作战等方面具备广泛的应用空间。


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