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随着机器人应用领域的不断拓展,多机器人系统以其柔性、并行性及鲁棒性等个体机器人所无法比拟的优越性受到普遍重视,多机器人协调的研究已经成为机器人学的重要研究方向之一。本文针对多机器人系统动态跟随与队形控制开展研究工作,主要内容如下:
首先,本文介绍了多机器人系统的特点,综述了多机器人系统的研究现状及主要研究内容,同时介绍了多机器人队形控制等方面的发展现状,并对研究背景和论文结构做了介绍。
其次,介绍了多机器人实体实验平台,包括主控上位机、驱动控制子系统和传感器子系统等,重点介绍了超声传感器和视觉传感器模型。给出一种基于无线局域网的多机器人通讯系统设计方案。
第三,给出一种基于模糊的多机器人协调跟随控制方法,机器人依靠自身的视觉信息跟随它的领航机器人,并与领航机器人保持期望的相对距离和相对观测方位角,不需要全局信息。
第四,研究了未知环境中的多机器人系统无碰协调跟随问题,提出一种跟随机器人的基于局部感知的多模式控制方法,分为到达、旋转角度调整、跟随、避障和随机搜索五种模式。
第五,提出两种基于Leader-Follower的队形控制方法:基于观察推理的队形控制方法和基于意图推理的队形控制方法。跟随机器人结合视觉与运动信息在自身的移动局部坐标系中多步递推预测领航机器人的运动,进而控制跟随机器人实现机器人之间的协调。
第六,提出一种不确定环境下的多机器人队形控制与变换方法。将队形问题转为跟随机器人离轴点对虚机器人离轴点的跟踪,通过这种局部跟随的方式,除领航者指引系统方向外,其它机器人均跟随自己的领航机器人,系统呈现出整体的队形形状。采用队形交换与避障相结合平滑躲避环境中的障碍物,设计故障容错策略应对机器人发生故障的情况以增强系统的鲁棒性。
最后,论文对所取得的研究成果进行了总结,并阐述下一步的工作。