多機(jī)器人路徑規(guī)劃與協(xié)同編隊研究

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1、多機(jī)器人路徑規(guī)劃（申請工學(xué)碩士學(xué)位論文）與協(xié)同編隊研究多機(jī)器人路徑規(guī)劃與協(xié)同編隊研究鄭新娟武漢培養(yǎng)單位：信息工程學(xué)院理工學(xué)科專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)大學(xué)研究生：鄭新娟指導(dǎo)教師：鐘毅副教授2014年5月萬方數(shù)據(jù)分類號密級UDC學(xué)校代碼10497學(xué)位論文題目多機(jī)器人路徑規(guī)劃與協(xié)同編隊研究英文ResearchonPathPlanningandCollaborative題目FormationofMulti_robot研究生姓名鄭新娟姓名鐘毅職稱副教授學(xué)位博士指導(dǎo)教師單位名稱信息工程學(xué)院郵編430070申請學(xué)位級別工學(xué)碩士學(xué)科

2、專業(yè)名稱通信與信息系統(tǒng)論文提交日期2014年3月論文答辯日期2014年5月學(xué)位授予單位武漢理工大學(xué)學(xué)位授予日期答辯委員會主席劉泉評閱人劉嵐王原麗2014年5月萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：日期：學(xué)位論文使用授權(quán)書

3、本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人承諾所提交的學(xué)位論文（含電子學(xué)位論文）為答辯后經(jīng)修改的最終定稿學(xué)位論文，并授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會公眾提供信息服務(wù)。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）研究生（簽名）：導(dǎo)師（簽名）：日期萬方數(shù)據(jù)武漢理

4、工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要多機(jī)器人編隊控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境信息搜索、目標(biāo)運輸、信息采集和軍事對抗等領(lǐng)域，編隊控制是多機(jī)器人系統(tǒng)研究的熱點課題，同時也是一種常見的協(xié)作問題。其研究具有很重要的理論和現(xiàn)實意義。而路徑規(guī)劃是研究多機(jī)器人編隊控制的關(guān)鍵問題之一。本文以多機(jī)器人編隊控制為研究對象，結(jié)合改進(jìn)的路徑規(guī)劃算法，對多機(jī)器人系統(tǒng)的避障和隊形變換等問題進(jìn)行研究，設(shè)計了由基于ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的履帶移動機(jī)器人、VS2010（MicrosoftVisualStudio）設(shè)計的上位機(jī)監(jiān)控軟件及Zigbee無線通信模塊組成實驗平

5、臺系統(tǒng)。對傳統(tǒng)的VFH(VectorFieldHistogram)、VFH+算法進(jìn)行分析，針對閾值對算法影響以及編隊控制對軌跡的要求，對VFH+算法進(jìn)行改進(jìn)，提出自適應(yīng)閾值。在MATLAB軟件下對VFH、VFH+和改進(jìn)VFH+算法進(jìn)行路徑規(guī)劃與避障的仿真實驗和對比。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的VFH+算法有很好的實時性、穩(wěn)定性，能更好的完成路徑規(guī)劃。針對leader-follower編隊控制算法因角度驟變可能引起隊形不穩(wěn)的情況，提出基于虛擬leader的分散式控制策略，引入一個采用改進(jìn)VFH+算法進(jìn)行路徑規(guī)劃的虛擬領(lǐng)航者

6、，控制編隊方向；同時領(lǐng)導(dǎo)者帶領(lǐng)追隨者跟蹤虛擬領(lǐng)航者的蹤跡，完成編隊控制。在Player/Stage開源軟件下對基于虛擬leader的VFH+算法的路徑規(guī)劃和編隊控制算法進(jìn)行了避障和多機(jī)器人編隊的仿真實驗，仿真結(jié)果驗證了編隊控制算法的有效性，并對仿真中的問題進(jìn)行了分析與修正。搭建了多機(jī)器人編隊控制的實驗平臺系統(tǒng)。設(shè)計并實現(xiàn)了基于ARM嵌入式系統(tǒng)的履帶移動機(jī)器人和上位機(jī)監(jiān)控軟件，在上位機(jī)監(jiān)控軟件實現(xiàn)對路徑規(guī)劃算法和編隊控制算法的移植，并通過Zigbee無線通信模塊實現(xiàn)了對履帶移動機(jī)器人的運動控制，下位機(jī)也將采集數(shù)據(jù)融

7、合后上傳給上位機(jī)，并在上位機(jī)界面實時顯示移動機(jī)器人的運行軌跡及其溫濕度曲線，實驗結(jié)果證明了算法的有效性。關(guān)鍵詞：VFH+路徑規(guī)劃、Player/Stage、leader-follower編隊控制、履帶式移動機(jī)器人I萬方數(shù)據(jù)武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractFormationcontrolofmulti-robotsystemiswidelyused,suchasenvironmentalinformationsearching,targettransportation,informationcollecti

8、on,militaryconfrontation,etc.Formationcontrolofmulti-robotsbecamethechallengeresearchtopicamongmulti-robotresearchissues;itisalsoacommontopicofcooperation.Thestudyisveryimportanttheoretic