多机器人路径规划与协同编队研究

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1、多机器人路径规划（申请工学硕士学位论文）与协同编队研究多机器人路径规划与协同编队研究郑新娟武汉培养单位：信息工程学院理工学科专业：通信与信息系统大学研究生：郑新娟指导教师：钟毅副教授2014年5月万方数据分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目多机器人路径规划与协同编队研究英文ResearchonPathPlanningandCollaborative题目FormationofMulti_robot研究生姓名郑新娟姓名钟毅职称副教授学位博士指导教师单位名称信息工程学院邮编430070申请学位级别工学硕士学科

2、专业名称通信与信息系统论文提交日期2014年3月论文答辩日期2014年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席刘泉评阅人刘岚王原丽2014年5月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书

3、本人完全了解武汉理工大学有关保留、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。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期万方数据武汉理

4、工大学硕士学位论文摘要多机器人编队控制系统广泛应用于环境信息搜索、目标运输、信息采集和军事对抗等领域，编队控制是多机器人系统研究的热点课题，同时也是一种常见的协作问题。其研究具有很重要的理论和现实意义。而路径规划是研究多机器人编队控制的关键问题之一。本文以多机器人编队控制为研究对象，结合改进的路径规划算法，对多机器人系统的避障和队形变换等问题进行研究，设计了由基于ARM嵌入式系统开发的履带移动机器人、VS2010（MicrosoftVisualStudio）设计的上位机监控软件及Zigbee无线通信模块组成实验平

5、台系统。对传统的VFH(VectorFieldHistogram)、VFH+算法进行分析，针对阈值对算法影响以及编队控制对轨迹的要求，对VFH+算法进行改进，提出自适应阈值。在MATLAB软件下对VFH、VFH+和改进VFH+算法进行路径规划与避障的仿真实验和对比。仿真结果表明，改进的VFH+算法有很好的实时性、稳定性，能更好的完成路径规划。针对leader-follower编队控制算法因角度骤变可能引起队形不稳的情况，提出基于虚拟leader的分散式控制策略，引入一个采用改进VFH+算法进行路径规划的虚拟领航者

6、，控制编队方向；同时领导者带领追随者跟踪虚拟领航者的踪迹，完成编队控制。在Player/Stage开源软件下对基于虚拟leader的VFH+算法的路径规划和编队控制算法进行了避障和多机器人编队的仿真实验，仿真结果验证了编队控制算法的有效性，并对仿真中的问题进行了分析与修正。搭建了多机器人编队控制的实验平台系统。设计并实现了基于ARM嵌入式系统的履带移动机器人和上位机监控软件，在上位机监控软件实现对路径规划算法和编队控制算法的移植，并通过Zigbee无线通信模块实现了对履带移动机器人的运动控制，下位机也将采集数据融

7、合后上传给上位机，并在上位机界面实时显示移动机器人的运行轨迹及其温湿度曲线，实验结果证明了算法的有效性。关键词：VFH+路径规划、Player/Stage、leader-follower编队控制、履带式移动机器人I万方数据武汉理工大学硕士学位论文AbstractFormationcontrolofmulti-robotsystemiswidelyused,suchasenvironmentalinformationsearching,targettransportation,informationcollecti

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