移動(dòng)機(jī)器人避障及分布式協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、本研究包含兩方面內(nèi)容：移動(dòng)機(jī)器人避障控制和多機(jī)器人分布式協(xié)調(diào)控制的研究。移動(dòng)機(jī)器人避障問題是自主導(dǎo)航的一個(gè)基本問題，隨著應(yīng)用環(huán)境向未知、動(dòng)態(tài)、非結(jié)構(gòu)化拓展，對(duì)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的可靠、高效的局部導(dǎo)航控制提出了進(jìn)一步要求。多機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)合分布式智能，對(duì)完成大規(guī)模和復(fù)雜任務(wù)具有廣泛應(yīng)用前景。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)平滑避障的實(shí)時(shí)方向決策問題，考慮利用局部障礙的空間結(jié)構(gòu)信息來優(yōu)化決策，提出了一種實(shí)時(shí)方向決策方法。

2、在利用gap特征啟發(fā)子目標(biāo)決策基礎(chǔ)上，引入安全圓半徑作為候選方向的預(yù)測(cè)安全性評(píng)估指標(biāo)，將避障方向決策問題歸結(jié)為方向空間上的約束優(yōu)化問題。算法將安全圓半徑函數(shù)的局部單峰性，用于機(jī)器人所在空閑區(qū)域的劃分和期望方向的確定，通過綜合安全性、期望方向和平滑運(yùn)動(dòng)三項(xiàng)要求的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了避障方向決策的優(yōu)化。對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文算法在復(fù)雜環(huán)境中的平滑避障性能。
　　 ⑵可靠、高效的避障控制必須綜合考慮環(huán)境約束和本體特性，針對(duì)現(xiàn)有速度空間方法

3、在復(fù)雜密集環(huán)境下難以發(fā)現(xiàn)、進(jìn)入障礙間通道的問題，提出了一種結(jié)合區(qū)域分析的改進(jìn)算法，在利用gap特征發(fā)現(xiàn)障礙間通道基礎(chǔ)上，提取目標(biāo)通道信息用于速度矢量的決策優(yōu)化。通過目標(biāo)跟隨指標(biāo)、目標(biāo)區(qū)域吸引指標(biāo)、線速度上限控制以及碰撞預(yù)測(cè)等方面的改進(jìn)，有效的增強(qiáng)了避障控制的安全性和有效性。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)算法在復(fù)雜環(huán)境中的導(dǎo)航性能改善。
　　 ⑶針對(duì)復(fù)雜任務(wù)的分布式協(xié)調(diào)問題，采用遞級(jí)混合控制結(jié)構(gòu)來建立多機(jī)器人間不同層次的協(xié)調(diào)機(jī)制。通過對(duì)復(fù)雜任務(wù)分

4、解后子任務(wù)集的特性分析，采用Petri網(wǎng)建模方法分析多機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)邏輯過程，并通過功能分配來簡化緊密耦合行為的設(shè)計(jì)。異構(gòu)雙機(jī)器人系統(tǒng)推箱子任務(wù)的實(shí)例研究驗(yàn)證了上述方案的有效性。
　　 ⑷研究具有等級(jí)關(guān)系的群集的內(nèi)部競(jìng)爭協(xié)調(diào)控制問題，根據(jù)關(guān)于金絲猴群在非移動(dòng)時(shí)空間聚集行為的研究成果，構(gòu)建了一個(gè)等級(jí)有序競(jìng)爭智能體模型，通過模仿動(dòng)物個(gè)體間基于等級(jí)的協(xié)調(diào)行為，提出一種基于等級(jí)有序競(jìng)爭的群集控制算法。該算法綜合考慮個(gè)體安全、效用函數(shù)優(yōu)