多移动机器人协调控制系统的研究与实现

【摘要】：多机器人系统是机器人学发展的一个新方向。一方面,由于某些任务的复杂性,单个机器人会因为自身有限的能力而无法完成全部的工作,在这种情况下,多个机器人可以通过相互之间的协调共同完成任务。另一方面,通过多机器人间的协调,可以提高机器人系统的作业效率。在多机器人系统的研究中,多移动机器人系统的协调控制始终是一个热点主题,也是该领域中一个基础性的研究方向。本文在前人研究的基础上,通过构建一系列新理论及方法,并结合运动协调仿真与实验,对多移动机器人协调控制系统的理论基础和实现技术进行了更加深入的探讨。 本文首先研究了一类基于智能体通信机制的体系结构,以获得多移动机器人系统在“相互感知盲区”中的协调运动能力。为达到全双工,可靠的信道传输,该系统结构采用了UDP/TCP 双协议、双通道通信模块设计。本论文其余部分的实验设计及实现方法,都是以结构为基础进行展开研究。 为对理论研究结果进行分析和验证,本文设计了一类通用的多移动机器人协调控制仿真软件。通过运用基于虚拟2-D 激光的感知技术,以及基于线程的程序结构和面向对象的软件设计法,该软件有效地实现了复杂环境下大规模移动机器人系统协调运动的实时模拟。 基于ι-φ闭环控制律的多移动机器人运动协调算法是一类行之有效的多移动机器人控制算法,本文进一步开展了如下研究:对闭环控制律下Leader-Follower 编队的基本稳定性问题进行分析与综合; 对串联编队与并联编队的稳定性进行分析与比较,并给出了LFS 理论下的相应结论; 提出了引入“势点”的改进算法,改善了ι-φ闭环控制律下的多机器人运动过程的动态性能; 提出并探讨了多移动机器人运动协调中的容错控制问题,建立并运用队形分级图,初步研究了基于l ??闭环控制律的多机器人运动协调中的容错队形重构。 群集运动控制是模拟自然界中生物聚合运动的新型分散式控制方法,本文研究了群集控制律下的多移动机器人运动协调系统,提出了一类有序化群集运动控制算