【摘 要】
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单个移动机器人已广泛应用于制造业、军事以及服务业等领域,并对人类社会产生广泛的影响。然而面对日益繁琐的任务需求,单个移动机器人的执行能力有限。相比单机器人,多移动机器人协同作业具有如下优势:执行危险任务的可靠性强,处理复杂繁琐任务效率高,未知区域范围搜索能力强,因此多移动机器人的巨大潜力引起了学术界与工程界的研究热潮。但是目前移动机器人存在硬件异构化,软件封闭化的趋势,难以在统一的系统架构平台上实
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单个移动机器人已广泛应用于制造业、军事以及服务业等领域,并对人类社会产生广泛的影响。然而面对日益繁琐的任务需求,单个移动机器人的执行能力有限。相比单机器人,多移动机器人协同作业具有如下优势:执行危险任务的可靠性强,处理复杂繁琐任务效率高,未知区域范围搜索能力强,因此多移动机器人的巨大潜力引起了学术界与工程界的研究热潮。但是目前移动机器人存在硬件异构化,软件封闭化的趋势,难以在统一的系统架构平台上实现协同控制。因此目前亟需开发一套通用控制系统对异构移动机器人进行协同控制。针对上述问题,本文结合目前已有的相关技术基础与国内外研究存在的不足,设计了异构移动机器人通用控制系统,经实验验证,该系统具备科学性与可行性,在解决异构移动机器人的协同控制难问题的前提下,可在线动态改变机器人控制算法,使得系统状态在这种变化的前后仍然能够满足一致性的条件。通用控制器是该系统的核心,合理地设计与部署通用控制器,实现在统一的体系架构下协同控制异构多机器人系统,对异构移动机器人进行有效系统集成,是本课题研究内容的重点所在。因此本文详细分析了总体软件架构,其次分析了通用控制器异构集成与动态重构技术的设计原理和运行流程、算法编程与数据处理方式等。其次,文章以多台地面移动机器人及一台空中移动机器人为研究对象,围绕着地面/空中移动机器人数学模型及位姿控制、各个地面机器人室内定位与路径规划,空中移动机器人室内悬停和导航飞行的理论与常用算法等方面进行深入的分析,并设计了异构地面移动机器人协同控制,地面移动机器人动态重构控制,空中移动机器人室内导航飞行等多组实验,实验结果证明通用控制器实现异构移动机器人协同控制的可行性与有效性。最终文章以空中移动机器人视觉追踪地面移动机器人的方式实现两者协同运动。其中空中移动机器人采用快速核滤波算法测量地面机器人相对位置,当目标丢失或者发生遮挡时,采用BP神经网络预测目标位姿,同时利用通用控制器实现两者位置信息补偿融合,使用融合后的相对位置控制空中移动机器人飞行。经实验验证空/地机器人可以按照期望的编队进行运动,说明该系统具有控制软件与硬件设备相互独立的技术特性,具备科学性与实用性,为异构移动机器人设备的协同控制提供了重要的技术平台。
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