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多机器人队形控制及仿真

作　者: 王慧
导　师: 吴丽娟
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 多机器人队形控制编队 Matlab7.8.0
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 17次
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内容摘要

智能控制技术不断创新发展的时期，机器人成为近代研究者的焦点，与此同时为了满足社会服务和工业发展需求，单个机器人研究逐渐转变为多个机器人的研究。多机器人控制问题是机器人研究的一项关键技术，在大范围搜索营救、绘制环境地图、宇宙空间探索、军事侦察、以及无人机的控制等方面得到广泛应用。本文深入学习国内外在多机器人队形控制方面的理论成果，总结现有成果中存在的不足和局限性，针对多机器人队形控制问题进行进一步研究。论文在简述机器人技术发展和应用前提下，首先介绍了机器人动力学及运动学基础知识。其次，介绍了多机器人编队常见的三种方法：跟随领航者法，基于行为法，虚拟结构法，在此基础上本文具体叙述了跟随领航者法编队控制，同时简单演示了编队初始化过程。再次，详细阐述多机器人动态队形控制问题，在构建较多障碍物环境下，各个机器人之间通信良好，且携带实时测量与Leader距离的传感器的前提下，结合建立的Leader-Follower动态模型调节行进速度，实时记录位置信息，采用反馈线性化方法设计速度控制器来将非线性系统转化为线性系统，以反馈跟随者与Leader相对位置和角度控制行进速度。避障过程中队列整体移动或按初始队形形态缩小放大，并实时转换Leader角色。最后，论文以菱形队形为例，在Matlab7.8.0仿真平台下演示整个队形控制过程，仿真结果证明在全局环境下能够有效进行编队控制，降低了控制复杂度，具有较好的鲁棒性和稳定性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1. 绪论  9-15
  1.1 机器人技术概述  9-13
    1.1.1 机器人发展现状  9-10
    1.1.2 机器人发展趋势及应用领域  10-13
  1.2 论文内容及结构  13-15
2. 机器人动力学及运动学概述  15-21
  2.1 机器人动力学方程  15-17
    2.1.1 机器人动力学概述  15
    2.1.2 机器人动力学研究方法  15-17
  2.2 机器人运动学方程  17-21
    2.2.1 机器人运动学概述  17
    2.2.2 机器人位姿描述及齐次坐标  17-19
    2.2.3 机器人运动学方程建立  19
    2.2.4 运动学方程正解与逆解  19-21
3. 多机器人编队研究  21-29
  3.1 机器人编队概述  21-22
  3.2 机器人编队控制方法  22-24
    3.2.1 跟随领航者法  22
    3.2.2 基于行为法  22-23
    3.2.3 虚拟结构法  23-24
  3.3 基于 Leader 的多机器人编队控制  24-25
    3.3.1 角色分配问题  24
    3.3.2 角色转换问  24-25
    3.3.3 队形动态变化问题  25
  3.4 编队初始化仿真  25-29
4. 多机器人动态队形控制  29-47
  4.1 多机器人动态队形控制概述  29-30
    4.1.1 引言  29
    4.1.2 环境分类  29-30
    4.1.3 实现动态队形控制考虑的问题  30
  4.2 本文方法概述  30-47
    4.2.1 基于 Leader-Follower 动态模型  30-33
    4.2.2 队形控制器设计  33-34
    4.2.3 动态队形控制分析  34-35
    4.2.4 优化队形控制  35-47
5. 多机器人系统仿真  47-57
  5.1 本文方法概述  47-54
    5.1.1 静态环境构建  47
    5.1.2 队形初始化  47-48
    5.1.3 动态队形控制  48-54
  5.2 系统仿真  54-57
6. 总结与展望  57-59
参考文献  59-61
致谢  61-63
作者简介  63-64

多机器人队形控制及仿真

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