浅谈基于人工势场理论的多移动机器人的协同控制研究

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1、分类号学号2004611840031学校代码10487密级硕士学位论文基于人工势场理论的多移动机器人的协同控制研究学位申请人：魏然学科专业：控制理论与控制工程指导教师：方华京教授答辩日期：2007年1月26日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonCoordinatedControlofMultipleMobileRobotsBasedonArtificialPotentialFieldTh

2、eoryCandidate:WeiRanMajor:ControlTheoryandControlEngineeringSupervisor:Prof.FangHuajingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2007独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中

3、以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在___年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位

4、论文摘要近年来，多移动机器人协调控制问题逐渐成为机器人学中的研究热点。而在研究此问题的众多方法中，人工势场法是迄今为止应用最广泛的方法之一。该方法通过对物理学中势场概念的延伸，在机器人之间以及机器人与外界环境之间建立势场联系，用于解决局部路径的避障规划和多机器人协同编队等问题,其特点是计算简洁、实时性强，本论文就多移动机器人的运动协同控制问题从单移动机器人的控制和移动机器人的群行为两个层次展开研究。首先，在单移动机器人层次上，通过理论和仿真阐述了传统人工势场理论的缺陷，利用基于相对位置的新势场理论解决单个移动机器人的避障问题，避免了传统人工

5、势场法的全局最小问题和非受迫性碰撞问题，并针对传统人工势场法的其它一些问题对新势场理论加以修正并进行了论证。其次，在群的层次上，先讨论了多机器人群集的一般模型flocking。然后在这个一般模型的基础上引入了单机器人基于相对位置思想的新势场理论，构造出多机器人运动新势场模型，并重点对新模型中群内部人工势场函数参数的选取进行了讨论和论证。通过选取合适的参数可以使群集系统避免发生非受迫性碰撞和机器人互碰情况。接着，研究了人工势场法的一种延伸：流函数法。并在采用流函数解决单移动机器人避障的基础上，通过借鉴基于动态连接规则的多移动机器人swarmi

6、ng控制，并分析各种连接规则对机器人群集的优化和影响，达到顺畅的多移动机器人运动协同控制的目的。最后，对上面提到的单移动机器人和多移动机器人的各种控制模型进行了仿真实验，并对仿真结果进行了分析，提出了相应的问题。实验结果表明了本论文研究的基于人工势场理论的多移动机器人协同控制的可行性和有效性。关键词：人工势场法、协同控制、相对位置、新势场模型、流函数I华中科技大学硕士学位论文AbstractCoordinatedcontrolofmultiplemobilerobotsisbecomingahottopicinrobotfieldrecen

7、tyears.Amongthemethodswhichareusedtoresearchonthistopic,artificialpotentialfieldmethod(APF)isappliedmostwidelytillnow.Thismethodistheextensionofthepotentialfieldconceptinphysics,whichhastheadvantageofcompactcomputationandnicerealtimeproperty.Troughsettingpotentialfieldcont

8、actsamongrobotsorbetweenrobotsandenvironment,APFcansolvetheproblemsoflocalpathplanningwit