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移动机器人规划及协作算法研究

作　者: 韩龙
导　师: 刘国栋
学　校: 江南大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 路径规划 路径跟踪 多机器人编队 移动机器人导航
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


机器人足球比赛（RoboCup）是一个复杂的机器人的新兴研究领域，其中移动机器人导航是其关键技术之一，路径规划是机器人导航的重要研究内容。路径规划就是要找出一条通向目标点的可行路径，并且路径是无碰的、可到达的，甚至是最优的或者是次优的。如果路径规划包含多个机器人，那么每个机器人不但要规划自己的路径，还要考虑其他机器人对自己的影响，这就要求机器人之间协作规划。本文主要是在前人的基础上所进行的研究，以RoboCup小型组比赛为背景，主要做了以下的工作：首先，研究了RoboCup比赛的平台。分析了RoboCup小型组比赛的主要内容和主要算法，为下文研究机器人的一些算法做了一个铺垫。其次，研究了小型组移动机器人路径规划和路径跟踪算法，这也是机器人导航研究的一个重要环节和课题。路径规划问题主要涉及：在合理建模的基础上上如何找到一条从起始状态到目标状态的最优或次优的无碰路径；如何降低外界环境对机器人的影响；如何利用已知的信息引导机器人的动作等等。由于基于全局信息的路径规划对系统要求较高，不太符合实际情况，本文提出基于滚动窗口的移动机器人路径规划方法，以移动机器人自身传感范围为一个窗口进行路径规划，通过机器人的不断运动，最终达到全局规划的目的。在路径规划出之后，就要进行路径跟踪控制，本文提出了基于迭代学习的路径跟踪算法，提高了误差收敛效率。最后，研究了小型组多机器人协作编队规划算法。小型组多机器人编队问题涉及队形的形成、保持、运动、避障、重新生成队形等问题，因此是一个典型的协作规划问题。本文在理论研究的基础上，提出了一种基于领航者和行为分解相混合的算法，实现了多机器人的编队、避障和队形切换等要求，并用实验进行了验证。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 课题研究背景与意义  8
  1.2 国际国内研究现状  8-16
    1.2.1 小型组路径规划研究现状  9-12
    1.2.2 小型组协作策略  12-13
    1.2.3 小型组多机器人协作编队  13-15
    1.2.4 小型组中特殊的控制问题  15-16
  1.3 本文研究的主要内容及主要解决问题  16-17
    1.3.1 本文主要研究的内容  16
    1.3.2 主要存在的问题  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第二章 RobCup小型组机器人系统的基本结构及相关理论  18-26
  2.1 RobCup介绍  18-19
  2.2 RobCup小型组平台介绍  19-24
    2.2.1 比赛环境要求  19
    2.2.2 小型组系统的组成  19-21
    2.2.3 小型组体系结构  21-22
    2.2.4 小型组单机器人系统结构  22-23
    2.2.5 小型组单机器人控制器  23-24
  2.3 小型组涉及的一些相关算法  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 小型组移动机器人的路径规划算法  26-38
  3.1 引言  26
  3.2 基于滚动窗口的移动机器人路径规划  26-32
    3.2.1 移动机器人的工作空间描述  26-27
    3.2.2 关于移动机器人方向的判断  27-28
    3.2.3 关于移动机器人的假设  28
    3.2.4 移动机器人路径优化  28-31
    3.2.5 局部栅格路径规划算法的具体描述  31-32
  3.3 局部栅格算法的实验仿真  32-36
    3.3.1 仿真伪代码  32-33
    3.3.2 仿真环境  33-36
  3.4 本章小结  36-38
第四章 小型组移动机器人的路径跟踪算法  38-48
  4.1 引言  38
  4.2 移动机器人路径跟踪算法  38-44
    4.2.1 轮式移动机器人模型描述  38-39
    4.2.2 路径跟踪问题描述  39-40
    4.2.3 迭代学习控制率设计  40-42
    4.2.4 关于Pi的说明  42-43
    4.2.5 路径跟踪算法具体描述  43-44
  4.3 实验和仿真  44-46
  4.4 本章小结  46-48
第五章 小型组多机器人协作编队规划算法  48-58
  5.1 引言  48
  5.2 多机器人协作编队  48-53
    5.2.1 多机器人工作空间描述  48-49
    5.2.2 多机器人协作形成队形  49-51
    5.2.3 多机器人协作编队规划算法的具体描述  51-53
  5.3 多机器人协作编队规划算法仿真实验  53-56
  5.4 本章小结  56-58
第六章 总结与展望  58-60
  6.1 论文总结  58
  6.2 论文展望  58-60
致谢  60-62
参考文献  62-66
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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