多移动机器人的协同控制平台设计与局部控制算法研究

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由于多机器人协同控制在科学研究和工程领域中的广泛应用前景,多机器人协同控制系统在控制学领域成为一个研究热点。在多智能体一致性问题的相关研究中,设计一个用于评价算法有效性的多机器人协同控制平台是重要课题之一。此外,为了避开某个危险状态或者达到某个状态,多机器人系统需要修改其一致平衡点。但是,当系统规模庞大且复杂时,分布式控制每个机器人来实现一致平衡点切换的方式是复杂的,甚至是无法实现的。为此,在保证系统渐近稳定的前提下,如何通过局部控制器来实现切换机器人系统的期望一致平衡点的研究具有重要意义。针对实验平台的设计,本文主要采用全局摄像头传感器,通过图像处理的方式来解决如何获取机器人的位置等状态信息的关键问题;针对系统一致平衡点切换的局部控制问题,本文采用修改局部机器人的控制参数来实现切换一致平衡点的目的。主要工作如下:1、设计出一个适用于室内的基于e-puck机器人的多机器人协同控制实验平台。该平台根据全局相机获得的所有机器人的实时运动图像,通过图像识别实现对机器人的定位,接着通过算法模块计算得到控制信号,然后通过无线通信方式将控制信号或者机器人的状态信息发送给所有机器人,最终可以完成多机器人的集中式、分布式和局部控制的物理实验。2、本文提出一种实现一致平衡点切换的局部控制方法。并对控制策略和系统稳定之间的关系进行了分析,给出一个保证系统稳定的充要条件和一种简单实用的控制策略选择方法。所提的局部控制方法表明,通过调整局部个体的控制参数,即可实现多机器人系统在不同的一致平衡点之间切换。3、在前面工作的基础上,将上述提出的一致性平衡点切换局部控制方法在所设计的实验平台上进行实际物理验证,并对实验结果进行分析。实验包括具有平衡拓扑多机器人系统的局部控制实验和具有非平衡拓扑多机器人系统的局部控制实验,且实验结果表明上述算法的有效性和实验平台的可靠性。本文设计出一种多机器人协同控制平台,并研究了一致性切换局部控制算法,最后在所设计的实验平台上实现了该算法,实验结果表明算法的有效性和平台的可靠性。
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