基于通信技术的多移动机器人的协调控制

论文摘要

本论文主要研究了多移动机器人的协调控制问题,针对多移动机器人常用编队方法存在的缺陷,提出改进措施。研究内容及成果如下:首先,本论文讨论了几种常用的多机器人编队控制方法,针对领导-跟随方法存在的缺陷和滑模控制的优点,把两者融合起来设计了一种基于leader-follower的滑模控制算法。最后将提出的控制策略在Matlab平台上进行仿真验证,同时与引入反馈线性化技术的leader-follower算法进行对比研究。仿真结果表明文中所设计的滑模控制策略具有良好的控制效果,较好的实现了非完整移动机器人的轨迹跟踪,提高了系统的鲁棒性。其次,针对感知通信方式的不足,在感知型编队控制中引入显式通信技术,提出机器人之间通过无线网络,以打包方式发送数据完成编队控制的方法。通过该方法,编队中各机器人不论是否能够相互感知都能够完成运动协调,提高了控制的快速性,解决了编队的感知盲区问题。本文首先针对系统的运动学模型分析了两个机器人的跟踪控制策略,接着又分析了三个机器人组成严格三角形编队的控制策略,并利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后,在仿真实验中,利用pioneer3移动机器人仿真平台MobileSim/Aria进行仿真验证,仿真结果证明了本文所提方案的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 多移动机器人系统
• 2.1 多移动机器人体系结构
• 2.2 多移动机器人协调控制
• 2.3 多移动机器人通信原理
• 2.3.1 通信方式
• 2.3.2 TCP/IP 协议
• 2.4 本章小结
• 第三章 多移动机器人仿真平台
• 3.1 引言
• 3.2 多移动机器人平台
• 3.2.1 Pioneer3 硬件环境
• 3.2.2 Pioneer3 软件环境
• 3.2.3 Aria 常用类
• 3.3 本章小结
• 第四章 多机器人滑模编队控制算法
• 4.1 引言
• 4.2 多机器人编队控制方法
• 4.2.1 领导-跟随法
• 4.2.2 基于行为法
• 4.2.3 虚拟结构法
• 4.3 滑模编队控制算法模型
• 4.3.1 滑模控制原理
• 4.3.2 滑模控制模型分析
• 4.4 控制律设计及稳定性分析
• 4.5 仿真结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于通信的多机器人编队控制
• 5.1 引言
• 5.2 基于通信的多机器人编队策略
• 5.2.1 多机器人通信模块
• 5.2.2 两个机器人的编队策略
• 5.2.3 三个机器人的编队策略
• 5.3 仿真结果及分析
• 5.3.1 两个机器人的仿真结果及分析
• 5.3.2 三个机器人的仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的学术论文