【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人工智能已經(jīng)成為當(dāng)今世界的熱點(diǎn)問(wèn)題,其中的群機(jī)器人技術(shù)也得到了眾多專(zhuān)家和學(xué)者的廣泛關(guān)注。群機(jī)器人系統(tǒng)具有高度的靈活性、較好的魯棒性,并且系統(tǒng)中的單智能體行為相對(duì)簡(jiǎn)單、復(fù)雜度低�；诖�,群機(jī)器人系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,成為當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)群機(jī)器人系統(tǒng)隊(duì)形控制問(wèn)題,提出了一種基于安全區(qū)域的群機(jī)器人自組織隊(duì)形控制策略,并使用e-Puck機(jī)器人在其仿真器Webots中完成了相應(yīng)的隊(duì)形控制任務(wù)。首先,本文對(duì)群機(jī)器人系統(tǒng)的研究背景和意義進(jìn)行充分說(shuō)明,并對(duì)國(guó)內(nèi)外群機(jī)器人系統(tǒng)研究現(xiàn)狀做出概述,對(duì)群機(jī)器人研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)述,對(duì)群機(jī)器人研究中相關(guān)智能優(yōu)化算法進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。在充分了解了群機(jī)器人系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究背景和相關(guān)研究方法的基礎(chǔ)上,分析了群機(jī)器人系統(tǒng)的系統(tǒng)特性,深入了解了其協(xié)同合作方法。進(jìn)而通過(guò)對(duì)群機(jī)器人系統(tǒng)特性的分析,選取e-Puck為本文的實(shí)驗(yàn)用機(jī)器人,并針對(duì)由以e-Puck為例的輪式移動(dòng)機(jī)器人組成的群機(jī)器人系統(tǒng)中的個(gè)體機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,構(gòu)造了群機(jī)器人系統(tǒng)中個(gè)體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)行為模型,給出了機(jī)器人速度大小和方向的控制方法。其次,本文通過(guò)對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)法的思路分析引出安全區(qū)域的概念,給出群機(jī)器人系統(tǒng)中個(gè)體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃圖,根據(jù)已建立的個(gè)體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為模型構(gòu)造出群機(jī)器人自組織隊(duì)形控制的勢(shì)場(chǎng)函數(shù),建立安全區(qū)域,并根據(jù)安全區(qū)域進(jìn)行建模,使得機(jī)器人在從初始位置向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,滿(mǎn)足在遠(yuǎn)離目標(biāo)點(diǎn)時(shí),機(jī)器人之間的互聯(lián)制約影響小,使之集中;而在靠近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)互聯(lián)制約影響大,使之分散。從而使群機(jī)器人協(xié)調(diào)成相互之間趨于分散且群體集中于目標(biāo)點(diǎn)的隊(duì)形。在此規(guī)則的基礎(chǔ)上,給出邊界方程等限制條件,使得群機(jī)器人系統(tǒng)中各機(jī)器人可根據(jù)個(gè)體之間及個(gè)體與環(huán)境之間的局部交互自組織完成指定隊(duì)形任務(wù)。最后,本文給出了機(jī)器人到達(dá)指定目標(biāo)點(diǎn)、機(jī)器人完成聚集、機(jī)器人組成圓形、機(jī)器人組成L形四種群機(jī)器人隊(duì)形控制任務(wù)的具體算法步驟和相應(yīng)流程圖。進(jìn)而選取e-Puck為實(shí)驗(yàn)機(jī)器人,Webots為其仿真器,通過(guò)一系列仿真實(shí)驗(yàn),對(duì)文中提出的方法進(jìn)行了驗(yàn)證,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)和分析。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了本文提出的針對(duì)以e-Puck機(jī)器人為例的群機(jī)器人系統(tǒng)基于安全區(qū)域的自組織隊(duì)形控制策略,在完成隊(duì)形控制任務(wù)上具有可行性和有效性。
[Abstract]:With the continuous development of science and technology, artificial intelligence has become a hot issue in the world, and the swarm robot technology has been widely concerned by many experts and scholars. The swarm robot system has high flexibility, good robustness, and the behavior of single agent in the system is relatively simple and the complexity is low. Based on this, swarm robot system has been widely used in various fields, and has become a research hotspot in the world. In order to solve the problem of formation control of swarm robot system, this paper presents a self-organizing formation control strategy for swarm robot based on secure region, and uses e-Puck robot to complete the corresponding formation control task in its simulator Webots. First of all, the research background and significance of the swarm robot system are explained in this paper, and the current research situation of the swarm robot system at home and abroad is summarized, and the hot issues in the research of the swarm robot system are briefly described. The related intelligent optimization algorithms in the research of swarm robots are briefly analyzed. On the basis of fully understanding the domestic and international research background and related research methods of swarm robot system, the characteristics of swarm robot system are analyzed, and the cooperative cooperation method is deeply understood. Then, through the analysis of the characteristics of the swarm robot system, e-Puck is selected as the experimental robot in this paper, and the kinematics of the individual robot in the group robot system composed of the wheeled mobile robot with e-Puck as an example is analyzed. The motion behavior model of individual robot in swarm robot system is constructed, and the control method of robot speed and direction is given. Secondly, by analyzing the method of artificial potential field, the concept of safe area is introduced, and the movement plan of individual robot in swarm robot system is given. According to the established individual robot motion behavior model, the potential field function of self-organized formation control of swarm robots is constructed, and the safety area is established, and the model is built according to the safety region. In the process of moving from the initial position to the target point, the robot is satisfied that the interlinkage restriction between the robots has little influence and makes the robot concentrate when it is far away from the target point, but when the robot is near the target point, the influence of the interconnected constraint is great, which makes the robot disperse. Thus, the swarm robots are coordinated into a formation where each group tends to be dispersed and the group concentrates on the target point. On the basis of this rule, the boundary equation and other limiting conditions are given, so that each robot in a swarm robot system can self-organize to complete the task of assigned formation according to the local interaction between individuals and environment. Finally, this paper presents the algorithm and flow chart of the formation control task of the robot to reach the designated target point, the robot to complete the aggregation, the robot to form a circle, and the robot to form the L-shaped four-species robot formation control task. Then e-Puck is chosen as the simulator of the experimental robot, and the proposed method is verified by a series of simulation experiments, and the experimental results are summarized and analyzed. Finally, the experimental results show that the self-organizing formation control strategy based on safe region for the e-Puck robot system proposed in this paper is feasible and effective in completing the formation control task.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2200220