多移動(dòng)機(jī)器人的協(xié)作運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、隨著移動(dòng)機(jī)器人學(xué)及其應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，單個(gè)機(jī)器人的有限能力已不能滿足完成復(fù)雜自動(dòng)化任務(wù)的要求，多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)成為迫切需要解決的問題。目前，“協(xié)作機(jī)器人學(xué)”已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)新興的交叉學(xué)科，它把分布式人工智能學(xué)、社會(huì)學(xué)、管理學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域的理論和方法引入機(jī)器人學(xué)的研究中，從系統(tǒng)的角度探討機(jī)器人群體的各種組織形式、信息交互、合作行為和進(jìn)化機(jī)制等問題。而機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)能力是完成諸如物體搬運(yùn)、空間探索和搜索救援等協(xié)作任務(wù)的保證，多機(jī)器

2、人協(xié)作控制技術(shù)就是在這些新的應(yīng)用需求下提出的，并隨著移動(dòng)機(jī)器人學(xué)的迅速發(fā)展而逐漸成為一項(xiàng)重要的新課題。 本文首先綜述了多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作控制的研究現(xiàn)狀，并分析比較了當(dāng)前該領(lǐng)域的主要研究問題，介紹了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人協(xié)調(diào)操作的主要研究方法和關(guān)鍵技術(shù)，并總結(jié)了多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作控制的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。其中，環(huán)境感知和信息交互是移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作控制的基本能力。為此本文介紹了機(jī)器人用于感知外界信息的各種傳感模型，并對(duì)多機(jī)器人系統(tǒng)的信息交互方式、信息交互

3、協(xié)議和信息交互模式進(jìn)行了闡述和分析。 機(jī)器人相對(duì)位姿檢測(cè)與定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)編隊(duì)等協(xié)作控制的重要前提。針對(duì)未知環(huán)境下的多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作定位問題，本文提出了一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的相對(duì)位姿估計(jì)與更新方法，并分析了多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的的定位誤差大小。該方法提高了機(jī)器人群體的協(xié)作定位能力。 多移動(dòng)機(jī)器人的協(xié)調(diào)規(guī)劃、決策與任務(wù)分配問題屬于機(jī)器人系統(tǒng)上層控制問題。針對(duì)有限空間環(huán)境中的物料收集等多機(jī)器人協(xié)作任務(wù)，提出一種基于Petri

4、網(wǎng)理論的機(jī)器人協(xié)作任務(wù)分配與導(dǎo)航策略，并建立了基本路口單元模型和工作空間的Petri網(wǎng)模型。針對(duì)多機(jī)器人資源環(huán)境中存在的沖突問題，提出了一種新的任務(wù)分配模型，并對(duì)拐角等環(huán)境特征的資源沖突給出了多機(jī)器人沖突消解方法。 多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)控制是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。非完整自主機(jī)器人之間的隊(duì)形保持與避障策略是編隊(duì)控制的核心。本文從編隊(duì)的動(dòng)力學(xué)特性和幾何模型方法兩個(gè)方面分析和構(gòu)建了機(jī)器人隊(duì)形的數(shù)學(xué)約束模型。基于編隊(duì)控制的動(dòng)力學(xué)特性，提出了

5、一種新的復(fù)合編隊(duì)控制方法，該方法根據(jù)機(jī)器人的期望位置在其運(yùn)動(dòng)約束區(qū)域內(nèi)外的不同，分別以一種靈活的反饋線性化算法和最優(yōu)近似目標(biāo)算法來建立控制規(guī)則，并提出了編隊(duì)環(huán)境中存在靜態(tài)障礙物時(shí)的隊(duì)形控制策略，從而實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人的穩(wěn)定編隊(duì)控制。該方法降低了傳統(tǒng)線性反饋控制對(duì)編隊(duì)初始誤差范圍的要求，克服了碰撞等干擾給編隊(duì)隊(duì)形帶來的不利影響，并且解決了非完整機(jī)器人編隊(duì)的避障問題。為了消除傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中存在的跟隨軌跡振蕩現(xiàn)象，本文基于非完整機(jī)器人的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)幾