多机器人路径规划与协同避碰地研究.pdf

万方数据Multi-robot path planning and collision avoidance collaborative research Thesis Submitted to Nanjing University of Posts and munications for the Degree of Master of Engineering By Su Qing Supervisor: Prof. Gao Xiang February 2014 万方数据万方数据I摘要随着当今世界科技日新月异的发展,机器人技术也有了巨大的进步,人类在机器人领域取得了丰硕的成果的同时,机器人也逐渐的走进人们的生活之中。而多机器人系统方面的研究则是当前机器人研究领域的热门话题,因为多机器人系统相比较于单个机器人系统有着明显的优势:应用背景更广阔、鲁棒性更好、效率更高、兼容性更好、完成某些特定任务的资源消耗更少并且易于学习和开发等,这也使得多机器人系统成为了机器人研究领域的一个具有美好前景的研究方向。多机器人系统的研究问题有很多,其中路径规划问题是核心问题之一。机器人能够实现自主控制,成功完成复杂的任务,体现了多机器人系统的高度自动化、智能化水平。多机器人路径规划是以多机器人系统作为研究对象,在同一个空间内为每一个机器人从起始位置到目标位置找到一条安全的优化路径,在此过程中,保证任意时刻机器人与机器人、机器人与障碍物之间不发生碰撞。虽然目前已有许多针对该问题的解决方法,但是针对单个方法各有优缺点、适用面不广、面对不同任务效率不同等情况,本文以此为背景,以Pioneer3-DX为实验平台,设计了基于双层模糊逻辑的多机器人路径规划与协调避碰系统。论文主要研究内容如下:论文首先在介绍课题研究意义的基础上,分析了国内外多机器人系统的概念、体系结构和研究现状,比较了各个机器人路径规划方法的优缺点,确定以模糊逻辑为研究重点,为本文多机器人路径规划与协调避碰系统的设计打下了坚实的基础。然后,了解并叙述了Pioneer3-DX机器人平台,深入探讨了模糊控制原理,并以此为理论依据,设计了方向度模糊控制器,实现对机器人路径规划的任务;在此基础上,为提高系统的效率,在上层添加了速度模糊控制器,并加入了协调策略,设计了基于双层模糊逻辑的多机器人路径规划与协调避碰系统。再次,分别以MobileSim仿真软件和Pioneer3-DX机器人为仿真和实验平台,将基于双层模糊逻辑的多机器人路径规划与协调避碰系统分别进行仿真和实验,并多次采用不同、复杂的环境,分析了单双层模糊控制器对提高系统效率的情况。仿真和实验结果表明,所设计系统对复杂环境具有良好的实用性和可靠性。最后,对所做的工作进行了总结,并给出了本文的一些待完善之处,并对可能要做的工作进行了展望。关键词: 多机器人,Pioneer3-DX,路径规划,双层模糊控制器,协调策略万方数据IIAbstract With the rapid development of science and technology in today's world, robot technology has also made tremendous progress. Human beings have made fruitful achievements in the field of robots; meanwhile, robots have also gradually stepped into human being's life. The multi-robot system is currently a hot issue in the field of robots, since it has such evident advantages over single-robot system as broader application background, better robustness, higher efficiency, patibility, less resource consumption pleting certain tasks, and being easy to research and development. This makes multi-robot systems e a research direction with bright future in the field of robot research. Among the many research questions in multi-robot systems, path planning is one of t