多机器人系统因其内在的分布式特征,在面对并行程度高、实时性强的复杂任务时相较单个机器人而言效率更高,已经逐步应用于军事侦查、货物搬运、自动化仓库等领域,具有很强的研究意义与广泛的应用前景。其中多机器人编队作为多机器人协调控制的基础,也是该领域中的一个热门研究方向。本文在前人研究的基础上,对多机器人编队控制算法和系统实现展开了研究,主要工作如下:1.介绍了多机器人系统的研究背景和意义,提出了多机器人编队控制的基本问题,阐述了目前多机器人编队控制的研究现状。2.针对多机器人编队队形形成的问题,提出了基于虚结构优化模型的队形规划方法,通过设计进化算法和分配方式优化得到机器人虚拟队形的相应节点;接着设计了一个简单的人工势场完成机器人到达对应节点形成队形的无碰运动。MATLAB仿真实验证明该方法可以使随机分布的机器人耗费最少能量快速形成目标队形。3.设计了基于群集控制律的机器人编队运动协调方法,其中包括平滑的人工势场函数保持机器人之间的期望距离,一致性协议完成机器人之间的速度匹配;在有障碍物的情况下,引入“虚拟机器人”的概念,模仿机器人之间的互动关系设计了机器人平滑避障的控制方法。仿真实验证明编队控制能够在外界环境存在干扰的情况下(目标点位置变化,环境中存在障碍物)保持稳定性和适应性。4.针对多机器人编队在真实环境下实验的相关问题,完成了移动机器人硬件平台的搭建。在ROS(机器人操作系统)软件框架下,设计完成了机器人的软件控制流程:其中包括从“质点”到移动机器人的运动控制转化、双轮机器人左右轮速度解算和里程计信息计算、基于特征提取的邻近机器人识别。最后通过三个机器人保持正三角形队形的直行和转向运动验证了算法的稳定性和有效性。