多机器人停驻任务相关方法的研究与实现

论文摘要

本论文主要研究多机器人停驻任务所涉及的多机器人协同机制，包括多障碍物环境下的机器人避障策略、多机器人避碰策略以及停驻点的分布与分配策略这三部分主要内容。在基于声纳环结构的机器人避障策略的设计上，主要针对机器人避障过程中又遇障碍物这一情形，建立了基于避障子行为状态的方向选择规则，配合检测到的当前障碍物方位，来选择正确的避障方向；提出了一种象限法，当机器人避障成功后，来引导机器人，决定其是以直线轨迹直接驶向目标点，还是沿先前障碍物的侧面继续避障行为，从而较大限度地降低机器人避障行为的盲目性和重复性。在多机器人避碰策略上，本文建立了一种无交通灯的交叉路口避碰模型。在此模型中，设计了优先通过权评价函数，以决定模型中的两个机器人谁将获得优先通过交叉路口的权利。该函数包含了任务紧急度、危险度以及机器人与交叉路口的距离这三种因素，其中以距离因素为主导，主要反映了“先到先过”这一避碰原则。在避碰行为上，未获得优先权的机器人主要采取调整速度的避碰策略，结合“让离交叉路口”的“避让”行为，来保证模型中另一机器人优先通过交叉路口，从一定程度上模拟和反映了现实中的交通路口潜规则。多机器人系统的整体避碰关系则利用有向图来描述，并通过逐步消除图中各个环路来解决死锁问题。在多机器人停驻实验中，本论文假设各停驻点遵循均匀分布原则。在此基础上，主要运用了运筹学中的匈牙利法来实现总路程最短的停驻点分配策略。该策略以各机器人到达各停驻点的包围圈外围折线路径距离为元素，构成一个效益矩阵，然后利用匈牙利法求得最优分配。同时，在这一部分还介绍了整体执行时间最短以及考虑包围圈可见角度范围的两种停驻分配策略。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究内容及研究现状
• 1.3 研究现状
• 1.4 论文安排
• 第二章 多障碍物环境下的机器人连续避障策略
• 2.1 引言
• 2.2 基于声纳环结构的基本避障策略
• 2.2.1 MORCSII 机器人声纳结构介绍
• 2.2.2 障碍物的检测与分类
• 2.2.3 针对单障碍物的避障子行为设计
• 2.3 连续避障策略
• 2.3.1 基于避障子行为状态的方向选择规则
• 2.3.2 利用象限法引导机器人
• 2.3.3 实例说明与对比分析
• 2.4 小结
• 第三章 多机器人避碰策略
• 3.1 引言
• 3.2 基于无交通灯的交叉路口模型的避碰策略
• 3.2.1 避碰模型的建立及碰撞预测
• 3.2.2 优先通过权评价函数
• 3.2.3 速度避碰策略
• 3.2.4 避让策略
• 3.2.5 整体避碰算法
• 3.3 多机器人避碰协调
• 3.3.1 多对多的避碰关系
• 3.3.2 死锁问题描述
• 3.3.3 基于有向图环路的死锁解决
• 3.3.4 实例说明与对比分析
• 3.4 小结
• 第四章 多机器人停驻任务
• 4.1 引言
• 4.2 总路程最短的停驻点分配策略
• 4.2.1 均匀分布停驻点
• 4.2.2 利用匈牙利法实现总路程最短的停驻点分配
• 4.2.3 实例说明
• 4.3 其他的停驻点分配策略
• 4.3.1 整体执行时间最短的停驻点分配策略
• 4.3.2 考虑可见范围的停驻点分配策略
• 4.4 小结
• 第五章 结语
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录1 关键程序代码
• 一、避障策略关键程序代码
• 二、避碰策略关键程序代码
• 三、整体路径最短的多机器人停驻策略关键程序代码
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果