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聊天机器人：入门、进阶与实战

作者：刘宇 崔燕红 郭师光 党习歌

出版社：机械工业出版社

ISBN：9787111637660

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多机器人系统编队控制研究与三维物理仿真实现2014版 评分:

随着机械、电子、自动化、计算机以及人工智能等技术的飞速发展，多机器人系统因其分布式、并发性与高效性等内在优势，受到了研究人员的广泛关注。编队控制是多机器人系统协作与协调的关键技术之一，在工农业生产、军事侦查和巡逻、物资运输和未知环境探索等应用领域的研究中有着重要的理论意义和很高的应用价值。 复杂环境中真实多机器人系统实验费用高、复杂度高、难度大、周期长，而数值仿真与真实实验差距较大，制约了复杂环境下多机器人系统以及相关控制方法研究的发展。本文围绕多机器人的编队控制技术，设计和实现了基于物理引擎的多机器人系统仿真平台，研究了平坦与起伏地形环境下多机器人系统的编队控制方法，并设计和完成了多机器人系统室内环境协作搬运和野外环境编队运输两个典型任务，所提方法和相关设计均通过三维物理仿真得到了验证。 本文的主要研究内容可以归纳为以下几个方面： (1) 提出了一种融合图形引擎和物理引擎的三维可视化多机器人系统仿真平台的设计方法，并完成了该仿真平台测试和改进。借鉴已有的机器人仿真软件的特点和优势，基于PhysX三维物理引擎自行设计了多机器人编队控制仿真平台。仿真平台设计充分考虑到实际实验中存在的问题，能够准确模拟现实环境中碰撞以及重力、摩擦力等多种环境条件，并且具备良好的兼容性和扩展性。重新配置了MRDS(Microsoft Robotics Developer Studio)自带的机器人，设计了多款不同的地面移动机器人，共同组成机器人库，并优化了机器人和传感器的调用方式。构建了多种典型的室内和室外三维仿真环境，并进行了封装，可以通过环境引用直接使用。进行了虚拟传感器的二次封装，使得机器人可以通过函数调用装配丰富的传感器，用于获取自身和环境的信息。开发了数据记录模块用于离线分析，能提供包括机器人位置、姿态、速度和视觉等传感器信息的仿真数据。该平台为验证复杂环境下多机器人编队控制算法和选取合适参数提供了实时逼真的可视化仿真环境。 (2) 提出了一类轮轴中心与几何中心不重合的两轮差动机器人编队控制的设计方法，以及一类车式移动机器人静态和动态两种队形编队控制的设计方法。采用领航跟随法，根据领航机器人和相关队形参数生成虚拟机器人，利用虚拟机器人，建立跟随机器人对其的误差系统模型，将编队控制转化分解为对领航机器人的运动控制以及跟随机器人的轨迹跟踪两个子问题。针对轮轴中心与几何中心不重合的两轮差动多机器人系统，设计了一种编队控制器并证明了系统的稳定性，实现了这类多机器人系统编队保持和切换等，并可用于不同重合参数两轮差动机器人组成的混合编队。针对车式移动机器人运动学模型特点，运用反步法设计了一种控制器并证明了系统的稳定性，并实现了静态和动态两种队形控制。通过选取合适控制器参数，使得跟随机器人可以围绕领航机器人以较高精度做行星运动，并以任意位姿与领航机器人进行编队行驶。多组仿真表明所提方法具有良好的适应能力，达到了较高的编队控制精度。 (3) 提出了一种起伏地形环境下多机器人编队控制的设计方法。针对起伏地形崎岖起伏的地表特性和非完整移动机器人的运动学模型特点，对起伏地形环境下多机器人编队结构进行建模和分析。应用投影法分析系统的编队模型，减少了多机器人的位姿和编队参数。考虑地形起伏对机器人行驶速度和编队位置误差的影响，利用投影法并融合领航跟随法，设计了相应的编队控制器并证明了系统的稳定性。对编队前进过程中可能遇到的沉陷、滑动和卡死等问题，进行了仿真研究和分析，设计了针对特定地形的编队行驶策略，有效地减少了机器人发生打滑和卡住的概率。设计了多种不同的起伏地形，包括平缓起伏地形、陡峭起伏地形等，并对两轮差动和四轮车式移动机器人混合编队进行了仿真研究，结果表明多机器人能通过合适策略避免坡度较大地形，在连续起伏地形上能够较好的保持队形运动。 (4) 针对多机器人编队协作应用，提出了一种多机器人编队控制的体系结构。将机器人个体体系结构与群体体系结构设计相融合，将系统全局规划和机器人行为规划相结合，将任务规划、网络通信、机器人协调、环境识别以及路径规划整合到统一的框架内。个体机器人采用基于独立行为的包容式结构。群体机器人结构采用机器人内部信息传递与个体间信息交换和融合的方式，通过配置各机器人对资源的使用方式，以及发现和解决冲突与死锁问题的方式等，使得机器人可以依据不同任务背景和仿真环境，激活不同的机器人行为，保证了该结构较高的灵活性。针对室内多机器人协作搬运物品的应用任务，设计了一种队形旋转策略，克服了室内环境空间狭小的困难。针对两个典型起伏地形下多机器人编队控制的应用任务，将深度视觉传感器和机器人自身姿态信息应用到局部路径规划中，设计了队形切换等策略，克服了起伏地形可通过区域狭窄的困难。多组仿真结果验证了所提方法的有效性。

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上传时间：2016-09 大小：28.86MB
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