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一类多机器人系统任务分配方法的研究

作　者: 吴笑萍
导　师: 陈庆伟
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 多机器人系统 任务分配 多目标进化 粒子群 量子行为 仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着机器人应用领域的不断拓展,所需完成的任务日益多样化,任务环境日益复杂,在很多情形下单个机器人已经很难满足人们的需求。因此,机器人的研究开始向多机器人系统方向发展。相比于单个机器人,多机器人系统具有很大的优越性,能够完成更复杂的任务。多机器人任务分配是多机器人系统研究的一个关键问题,通过对多机器人任务分配的研究,可以提高任务完成的质量和效率。本文的多机器人系统以战场攻击为背景,研究将不同的攻击任务目标分配给不同的机器人。首先,根据实际多机器人系统,建立系统模型。通过研究可知多机器人任务分配实际上是一个多目标优化问题,需要考虑多个优化目标函数及约束条件。根据系统的实际要求,认为环境在执行任务之前是静态的,在执行任务过程中是动态的,将任务分配分为预分配和重分配两个阶段分别进行建模研究。其次,在任务预分配阶段,采用一种改进的多目标进化算法。在计算过程中,通过初始群体、非支配排序、选择、交叉和变异等操作寻找最优解,并对实际约束问题和聚集距离计算方法进行研究。对该算法进行仿真验证,结果表明改进的多目标进化算法能够有效地解决多机器人任务预分配问题,可得到一组Pareto最优解,具有良好的多样性。然后,在任务重分配阶段,研究基于量子行为的粒子群优化算法,利用其解决需要快速得到优化结果的重分配问题,并采用混沌思想和变异算子增强群体的多样性。仿真结果表明在解决多机器人任务重分配问题上,量子行为粒子群算法具有良好的实时性。最后,设计多机器人任务分配仿真系统,在该仿真系统上进行实验,验证了模型和算法的有效性,实现多机器人任务分配的整个过程。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 多机器人系统的研究背景及意义  7-8
  1.2 多机器人系统研究的主要内容  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-12
    1.3.1 多机器人系统的研究现状  9-10
    1.3.2 任务分配算法的研究现状  10-11
    1.3.3 多机器人任务分配存在的问题  11-12
  1.4 本文研究内容与结构安排  12-13
2 多机器人系统的任务分配模型  13-23
  2.1 多机器人任务分配的分类  13-14
  2.2 多机器人系统的属性  14-17
    2.2.1 系统组织结构  14-16
    2.2.2 系统通信  16
    2.2.3 多机器人系统描述  16-17
  2.3 多目标优化问题描述  17-19
  2.4 多机器人任务分配问题建模  19-22
    2.4.1 多机器人任务预分配模型  20-22
    2.4.2 多机器人任务重分配模型  22
  2.5 本章小结  22-23
3 基于多目标进化算法的多机器人任务预分配  23-39
  3.1 进化算法  23-26
    3.1.1 进化算法基本操作  23-25
    3.1.2 多目标进化算法的基本流程  25-26
  3.2 多目标进化算法  26-31
    3.2.1 NSGA-Ⅱ算法  26-28
    3.2.2 NSGA-Ⅱ算法的基本步骤  28-31
  3.3 基于实际约束和聚集距离的多目标进化算法  31-34
    3.3.1 实际约束的处理  31-32
    3.3.2 聚集距离计算  32-34
  3.4 基于改进的多目标进化算法的多机器人任务预分配仿真  34-38
    3.4.1 仿真步骤及分析  34
    3.4.2 时序约束的实现  34-35
    3.4.3 最优方案的选取  35-38
    3.4.4 结果分析  38
  3.5 本章小结  38-39
4 基于量子行为粒子群的多机器人任务重分配  39-50
  4.1 粒子群优化算法  39-42
    4.1.1 粒子群优化算法的思想来源  39-40
    4.1.2 基本粒子群算法  40-42
  4.2 基于量子行为的粒子群算法  42-45
    4.2.1 量子粒子群算法的提出  42-43
    4.2.2 QPSO算法过程  43-45
  4.3 增强群体多样性的QPSO算法  45-46
    4.3.1 混沌思想  45
    4.3.2 高斯分布变异算子  45
    4.3.3 二进制计算  45-46
  4.4 基于一种QPSO算法的多机器人任务重分配仿真  46-49
    4.4.1 多机器人任务重分配仿真  46-49
    4.4.2 结果分析比较  49
  4.5 本章小结  49-50
5 多机器人任务分配仿真系统  50-57
  5.1 仿真系统的设计  50-53
  5.2 仿真系统实验结果  53-56
    5.2.1 多机器人任务预分配仿真结果  53-55
    5.2.2 多机器人任务重分配仿真结果  55-56
  5.3 本章小结  56-57
6 结论与展望  57-59
  6.1 结论  57
  6.2 展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-64

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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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