多机器人编队平台设计与关键技术开发

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1、天津大学硕士学位论文多机器人编队平台设计与关键技术开发ThePlatformDesignOfMulti-RobotFormationAndTheKeyTechnologyDevelopment学科专业：控制工程研究生：刘春指导教师：窦立谦副教授天津大学电气与自动化工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津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。学

2、位论文作者签名：签字日期：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天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要多机器人由于其较高的容错性和冗余性，可以完成单机器人难以或者无法完成的任务，可以更加有效的执行大范围多变化的任务，在区域搜索、协同运输、联合作战等领域均可取得更好的任务实现效果。目前无论是工业领域还

3、是军事领域，多机器人协同作业都获得了很高的关注度，吸引着越来越多的研究者。多机器人协同作业的一个关键技术就是编队，如何在作业中实时保持适宜的队形成为了是否能准确完成任务的重要因素。本文基于机器人编队的需要搭建多机器人编队平台，为满足编队的需求每个机器人均可根据编码器和陀螺仪进行自身的航迹推测，利用自身的传感器获取周围的信息，同时实现了多机器人之间的通讯交互，在机器人的自主性方面加入了机器人的视觉跟踪与路径规划功能。论文研究内容如下：①设计与搭建多机器人编队平台。选择双轮差速机器人作为机器人移动底座，机器人利用编码器和陀螺进行位置估计，采用摄像头和激光雷达获取环境信息。基于WIFI和ROS分布

4、式节点机制实现多机器人之间的通讯。②机器人编队算法设计。结合双轮差速机器人的运动模型，基于刚性图论设计机器人编队队形的生成，针对队形中领导者、第一跟随着、第二跟随者设计势场函数来实现队形控制，完成多机器人的编队控制。③机器人视觉跟踪实现。机器人上的深度摄像头可以获取跟踪目标的图像信息和距离信息，基于利用特征点和光流法完成视频流中的目标检测，最后根据距离和左右偏差的角度完成目标的跟踪④机器人导航与路径规划的实现。利用ROS的navigation模块，基于激光雷达完成环境建图与机器人导航工作，基于A*算法实现机器人在地图中的路劲规划。论文最终实现了具有自主性功能的多机器人编队研究平台，并对编队、

5、视觉跟踪、导航与规划功能进行了研究与实现。关键词：多机器人，节点通讯，势场函数，视觉跟踪，导航与规划ABSTRACTMulti-robotsystemsduetoitshigherfault-toleranceandredundancy,canaccomplishthetaskwhichisdifficultorunabletocompleteforsinglerobotsystem,andcanperformawiderangeofchangeofthetaskmoreefficiently,intheregionalsearch,coordinatedtransport,jointope

6、rations,etcallcanobtainbettertaskimplementationeffect.Nowinbothindustryandmilitaryfields,multi-robotcoordinationworkswithahighattentionandattractsmoreandmoreresearchers.Multi-robotcollaborativeformationisakeytechnology,andhowtoreal-timelymaintainappropriateteamformedinoperationistheimportantfactoro

7、fwhethertoaccuratelytocompletethetask.Formationistheresearchonthealgorithm,whenappliedtotheactualformationitneedstoachievethreebasicconditions:therobot'sautonomouspositioning,communicationbetweenrobots,andt