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分布式的多机器人编队协调是机器人研究领域的一个热点问题。本文围绕多机器人编队控制问题,对涉及的视觉传感信息获取和相互通信等关键问题进行研究,提出了采用局部传感和点对点通信实现经典跟随领航者编队控制的方法,并在中山大学信息科学与技术学院智能信息处理与人机系统实验室的机器人实验平台上验证。
论文的主要工作包括:
1)综合国内外相关研究文献,阐述了移动机器人的研究发展现状。详细分析了多机器人系统以及编队控制研究存在的难点问题。
2)对比分析了现有移动机器人编队控制的主要算法,包括跟随领航者算法、基于行为算法和人工势场法等。重点讨论了基于局部传感的分布式跟随领航者算法。
3)探讨了实现编队控制的两种重要感知数据获取手段。一种方式是,跟随者通过视觉传感器获取领航者相对角度信息;另一种方式是,跟随者采用通信的方式向领航者询问其速度和姿态信息。在此基础上,结合跟随领航者编队控制方法,提出了基于局部传感和点对点通信的机器人编队实现策略。点对点通信是一种可靠的通信方式,可以弥补传感器的感知能力不足和受环境影响而陷入盲区的问题;而局部传感能力可以减少协作所需的通信数据,从而降低通信代价。
4)结合HSV颜色模型的转换和重心计算方法,实现了视觉传感器对角度信息的快速提取;综合利用视觉传感器、声纳传感器、罗盘传感器和点对点通信获取的信息,构建跟随者的反馈控制器。
5)对现有机器人平台Voyager-Ⅱ进行了扩展,增添了视频处理,点对点通信,编队控制等新功能。在此基础上对提出的跟随领航者编队控制实现策略进行了实验验证。
需要指出的是,提出的跟随领航者编队实现策略呈树状结构,具有良好的可扩展性。