發(fā)布時(shí)間：2020-06-03 06:02

【摘要】：近幾十年以來(lái),隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展,其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如今單個(gè)機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟,幾乎滲透到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。但是,單個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)在完成復(fù)雜的任務(wù)時(shí)往往力不從心,而多機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)機(jī)器人之間的相互合作與協(xié)調(diào)能夠并發(fā)地完成很多復(fù)雜的任務(wù),從而提升系統(tǒng)的工作性能、工作效率、增強(qiáng)系統(tǒng)的柔性以及魯棒性。因此,多機(jī)器人系統(tǒng)被提了出來(lái)。在復(fù)雜的環(huán)境中,機(jī)器人往往需要避過(guò)障礙物且機(jī)器人之間形成并保持期望的隊(duì)形來(lái)完成預(yù)定任務(wù)。所以機(jī)器人的避障問(wèn)題和編隊(duì)問(wèn)題已經(jīng)成為多機(jī)器人系統(tǒng)研究的重點(diǎn)問(wèn)題。本論文圍繞兩個(gè)機(jī)器人的避障和編隊(duì)問(wèn)題進(jìn)行研究。首先,介紹了多機(jī)器人系統(tǒng)的研究背景及其應(yīng)用意義,指出了多機(jī)器人系統(tǒng)的主要研究問(wèn)題及其研究難點(diǎn)。其次,對(duì)多機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃以及編隊(duì)問(wèn)題的現(xiàn)狀進(jìn)行介紹,并對(duì)現(xiàn)有的軌跡規(guī)劃方法和編隊(duì)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。最后,提出了一種實(shí)時(shí)的機(jī)器人分布式軌跡避障和編隊(duì)方法:利用iSCP算法和MPC控制策略對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃,使其在從初始位置移動(dòng)到目標(biāo)位置的過(guò)程中不僅能夠?qū)崟r(shí)地避過(guò)障礙物而且能夠以最優(yōu)軌跡到達(dá)目標(biāo)位置。再利用CTL規(guī)范對(duì)兩個(gè)機(jī)器人的隊(duì)形進(jìn)行控制,使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中保持一定的隊(duì)形。與以前的軌跡規(guī)劃和編隊(duì)的方法相比較,本論文提出的方法具有以下優(yōu)勢(shì):(1)本論文提出的方法能夠在全局未知或者部分未知的環(huán)境中實(shí)時(shí)地對(duì)機(jī)器人的軌跡進(jìn)行規(guī)劃,彌補(bǔ)了離線法因機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境中出現(xiàn)動(dòng)態(tài)障礙物而無(wú)法使機(jī)器人避過(guò)障礙物的缺點(diǎn);(2)本論文提出的方法的計(jì)算精度就是傳感器的精度,而柵格法的計(jì)算精度取決于劃分的格子的大小與多少。因此,與柵格法相比,顯然本論文提出的方法計(jì)算精度更高;(3)本論文利用CTL規(guī)范將傳統(tǒng)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法中的非線性凸約束轉(zhuǎn)化為線性凸約束,從而能更大概率的求出問(wèn)題的可行解并且大大降低計(jì)算復(fù)雜度。最后,利用Matlab軟件和CVX求解器來(lái)對(duì)本論文提出的算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。首先,利用iSCP算法和MPC控制策略對(duì)單個(gè)機(jī)器人和兩個(gè)機(jī)器人的軌跡進(jìn)行規(guī)劃,使機(jī)器人在從初始位置移動(dòng)到目標(biāo)位置的過(guò)程中不與障礙物發(fā)生碰撞并且以最優(yōu)軌跡到達(dá)目標(biāo)位置;其次,在兩個(gè)機(jī)器人的軌跡避障算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合CTL規(guī)范對(duì)兩個(gè)機(jī)器人的隊(duì)形進(jìn)行控制,使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中保持一定的隊(duì)形。仿真結(jié)果表明,本論文提出的方法能夠?qū)崟r(shí)地讓機(jī)器人在從初始位置移動(dòng)到目標(biāo)位置的過(guò)程中以最優(yōu)軌跡避過(guò)障礙物并且保持一定的隊(duì)形。
【圖文】：

機(jī)器人避過(guò)靜態(tài)障礙物的仿真圖

第三章 基于 iSCP 算法的多機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃25圖3.7 機(jī)器人發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)障礙物的仿真圖圖3.8 環(huán)境中有靜態(tài)障礙物和動(dòng)態(tài)障礙物時(shí)單機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖從圖 3.8 中可以看出，機(jī)器人的初始位置和目標(biāo)位置的坐標(biāo)分別為(5,5)和(2,2.5)。其中圓形障礙物為靜態(tài)障礙物，坐標(biāo)為(4,25 6)，方塊障礙物為動(dòng)態(tài)障礙物，坐標(biāo)為(3,10 3) 。由圖 3.4 可知，機(jī)器人在沒(méi)有障礙物時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線，當(dāng)環(huán)境中有障礙物時(shí)，機(jī)器人的軌跡就會(huì)發(fā)生變化。機(jī)器人從初始位置出發(fā)，在其傳感范圍內(nèi)進(jìn)行探測(cè)，未探測(cè)到障礙物之前的軌跡仍為一條直線，在0k 18時(shí)，，機(jī)器人探測(cè)到靜態(tài)障礙物
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242

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