多自主移動機(jī)器人協(xié)作的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)的研究已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最具潛力和應(yīng)用前景的研究方向。伴隨著科學(xué)研究領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深入，為了更好地替代人類對各種復(fù)雜危險的空間環(huán)境進(jìn)行實地考察獲取第一手資料，多機(jī)器人協(xié)作已成為人類進(jìn)行科學(xué)探索必不可少的技術(shù)手段之一。本文對多機(jī)器人協(xié)作研究中的多機(jī)器人協(xié)作體系結(jié)構(gòu)、協(xié)作定位及多機(jī)器人任務(wù)分配三個問題進(jìn)行了相關(guān)研究，主要工作如下：
　　以自主移動機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展歷程為基礎(chǔ)，對多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)的實際應(yīng)用作了較為詳

2、細(xì)的介紹，指出多機(jī)器人協(xié)作是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果和發(fā)展目標(biāo)。同時對多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)的主要研究內(nèi)容、難點和存在的問題進(jìn)行了歸納總結(jié)。并對本文的研究基礎(chǔ)做了簡單的介紹。
　　多機(jī)器人系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是一種協(xié)調(diào)系統(tǒng)中機(jī)器人之間行為和功能邏輯關(guān)系的有效控制機(jī)制。在自主移動機(jī)器人所具備的行為功能基礎(chǔ)上，針對自主移動機(jī)器人系統(tǒng)功能實現(xiàn)模式，以個體機(jī)器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)為出發(fā)點結(jié)合各功能模塊之間的邏輯功能關(guān)系提出了面向功能層次的多機(jī)器人分布式體系

3、結(jié)構(gòu)；針對機(jī)器人協(xié)作中所要實現(xiàn)的行為功能，給出了多機(jī)器人協(xié)作的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)系圖。并對各關(guān)鍵技術(shù)的研究重點和主要研究方法進(jìn)行簡單闡述。
　　移動機(jī)器人的定位是其執(zhí)行任務(wù)和進(jìn)行協(xié)作的前提和基礎(chǔ)，以足球機(jī)器人為載體對機(jī)器人自定位和路徑規(guī)劃進(jìn)行了研究。針對足球機(jī)器人視覺傳感器和自身移動機(jī)構(gòu)的特點建立了機(jī)器人全景攝像機(jī)模型和運動模型，通過對場地環(huán)境進(jìn)行采樣點觀測進(jìn)行顏色識別和距離標(biāo)定研究，在此基礎(chǔ)上的實現(xiàn)了機(jī)器人在結(jié)構(gòu)化場地中的基于白線檢測的

4、視覺自定位。以足球機(jī)器人通過協(xié)作完成射門為目的，設(shè)計了一種基于貝塞爾曲線的最優(yōu)路徑規(guī)劃方法，在完成射門動作的同時能夠有效避開障礙。通過動態(tài)仿真實驗和實體機(jī)器人測試實驗對其可行性進(jìn)行了驗證。最后，對機(jī)器人多傳感器混合定位和融合定位進(jìn)行了研究，并通過仿真實驗對定位結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　對多機(jī)器人協(xié)作定位進(jìn)行了研究。協(xié)作定位的關(guān)鍵在于機(jī)器人之間的信息交流和對機(jī)器人獲取的局部信息進(jìn)行有效融合得到全局信息。針對信息融合問題，本文采取一種分布

5、式多傳感器信息融合方法對里程計和視覺傳感器進(jìn)行信息融合，同時在融合過程中通過馬氏距離數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型對初步融合結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，提高了信息融合的可靠性和容錯性。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于特征檢測的擴(kuò)展卡爾曼濾波協(xié)作定位方法。通過機(jī)器人之間的相對觀測量對協(xié)作定位中的機(jī)器人觀測方程和狀態(tài)方程進(jìn)行更新校正，此方法有效降低了里程計在觀測中所帶來的累積誤差，提高了定位的精度。最后給出了仿真實驗的定位誤差，結(jié)果證明此方法是可靠有效的。
　　對多機(jī)

6、器人任務(wù)分配進(jìn)行了研究。首先對當(dāng)前的任務(wù)分配方法進(jìn)行了分類總結(jié)，并對任務(wù)分配問題進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。多機(jī)器人任務(wù)分配問題屬于機(jī)器人控制系統(tǒng)上層組織決策的范疇，需要分層協(xié)調(diào)處理。通過對多機(jī)器人和多任務(wù)的狀態(tài)空間描述，可以將機(jī)器人和任務(wù)分別以有限集合的形式進(jìn)行描述，則多機(jī)器人任務(wù)分配可以看做是一個有約束條件的組合優(yōu)化問題。通過以能力向量的形式對機(jī)器人和任務(wù)進(jìn)行能力向量定義，并確定機(jī)器人完成任務(wù)的能力條件。市場機(jī)制是一種對現(xiàn)有資源進(jìn)行合理分配的有