多机器人协调避碰与任务协作研究

论文摘要

与单个复杂机器人相比,多个简单的机器人组成的系统具有设计周期短,系统可靠性高,任务执行效率高,适应任务空间分布等优点,使其成为智能机器人研究领域的一个重要分支。然而如果多个机器人之间没有一个好的协作算法对它们进行协调,那么执行任务的效率会大大降低,甚至会有相互干扰和相互冲突的情况发生。因此,对多机器人协调协作技术的研究不仅可以提高单个机器人的智能化水平,而且还可以加速多机器人任务系统的实用化研制进程。本文主要对多机器人系统的体系结构、运动避碰规划、任务协作和通信等问题做了深入研究,对于每个功能模块进行了单独的结构化设计,并提出了一套在动态未知环境下的较为实用多机器人协调协作方法。首先,在总体上介绍了多机器人系统的体系结构和一些相关的协调策略。其次,对于机器人的运动规划模块,提出了一种基于改进势场法与预测避碰机制相结合运动协调控制策略。针对运动规划过程中出现的死锁问题,添加了有效的解决办法。再次,在多机器人任务协作模块设计时,利用市场机制和协商相结合的协作模式完成任务分配和协作。实现了任务执行过程中的机器人角色状态的变换、任务的组织与分配和多机器人间的协商与合作功能。最后本论文还利用Visual C++语言建立了多机器人系统仿真平台。通过复杂的、未知的动态环境下的仿真验证了该平台的通用性,并进一步验证了多机器人协作算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 多移动机器人协调技术的发展与研究现状
• 1.3 课题研究的目的与意义
• 1.4 论文主要工作
• 第2章 多机器人系统体系结构与协调策略
• 2.1 引言
• 2.2 机器人系统体系结构
• 2.2.1 传统结构
• 2.2.2 反应式控制结构
• 2.2.3 分层递阶式体系结构
• 2.2.4 混合式体系结构
• 2.2.5 多机器人系统结构设计
• 2.3 多机器人系统的通讯机制
• 2.3.1 通讯方式
• 2.3.2 黑板结构模式
• 2.4 多机器人系统协调策略
• 2.4.1 多机器人协调方式
• 2.4.2 多机器人协调方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 多机器人系统的运动规划
• 3.1 机器人路径规划
• 3.1.1 全局路径规划
• 3.1.2 局部路径规划
• 3.2 基于行为的避碰规划
• 3.2.1 人工势场法
• 3.2.2 改进的势场法
• 3.3 基于预测协商的避碰规划
• 3.4 多机器人系统冲突的解决策略
• 3.4.1 交通规则法
• 3.4.2 速率调整法
• 3.4.3 优先级法
• 3.5 本章小结
• 第4章 多机器人的任务协作
• 4.1 引言
• 4.2 多机器人系统任务分配
• 4.2.1 问题假设
• 4.2.2 竞拍机制
• 4.2.3 市场算法设计
• 4.3 多机器人协作搬运的队形控制
• 4.3.1 队形设计
• 4.3.2 队形控制
• 4.4 多机器人任务协作与死锁
• 4.4.1 多机器人任务协作
• 4.4.2 任务死锁现象分析
• 4.4.3 死锁现象解决办法
• 4.5 本章小结
• 第5章 多机器人仿真平台设计
• 5.1 引言
• 5.2 多机器人仿真系统
• 5.2.1 环境模块设计
• 5.2.2 测距避碰模块设计
• 5.2.3 通讯模块
• 5.2.4 任务模块
• 5.3 仿真结果与结论
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢