多移动机器人目标跟踪协调控制系统设计与实现

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目多移动机器人目标跟踪协调控制系统设计与实现作者姓名管玲学位类别工程硕士指导教师罗小元教授2016年5月中图分类号：TP13学校代码：10216UDC：621密级：公开工程硕士学位论文（工程设计型）多移动机器人目标跟踪协调控制系统设计与实现硕士研究生：管玲导师：罗小元教授副导师：杨会龙工程师申请学位：工程硕士工程领域：控制工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinControlEngineeringDESIGNANDREALIZATIONOFTARGETTRACK

2、INGANDCOOPERATIVECONTROLSYSTEMFORMULTIPLEMOBILEROBOTSbyGuanLingSupervisor:ProfessorLuoXiaoyuanYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《多移动机器人目标跟踪协调控制系统设计与实现》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担

3、。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《多移动机器人目标跟踪协调控制系统设计与实现》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□√。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘

4、要摘要由于机器人执行任务复杂度的提高，多移动机器人目标跟踪协调控制系统因其兼具分布式感知与执行能力以及整体的协调并行能力，并且具有较强的鲁棒性和容错性而得到广泛关注。因此，针对多移动机器人目标跟踪协调控制系统的研究具有重要的理论价值和现实意义。本文使用SRV1移动机器人，针对目标跟踪与协调控制的理论与实际问题，主要从以下几方面展开研究：首先，搭建多移动机器人实验平台，对单个机器人进行底层软硬件升级。该实验平台由定位系统，通信系统及SRV1机器人组成，通过对该实验平台的搭建为后续完成多移动机器人目标跟踪协调控制系统的设计与实现奠定了基础。其次，基于移动机器人运动学模型，提出一种基于

5、几何向量场的单移动机器人目标跟踪控制算法，利用目标向量场及机器人与目标间的几何位置关系，规划出一条最优目标跟踪运动轨迹；同时针对机器人在轨迹跟踪过程中速度调节能力差这一问题，引入基于BP神经网络PID的调速机制，提高了机器人轨迹跟踪的准确性和快速性，并通过几组验证性实验证明了算法的有效性。再次，针对领航跟随编队跟踪模型，提出利用基于粒子群算法的最小二乘预测模型预测领航者运动轨迹，解决了通信异常下跟随者无法准确跟踪领航者的问题，通过规定数据异常范围的判断标准，当出现异常情况时使用预测点替换异常数据，从而提高了编队跟踪的稳定性和可靠性。最后通过实验对比验证了算法的有效性。最后，考虑到

6、移动机器人在编队队形生成过程中多机器人与多目标的目标匹配问题，提出一种基于竞价拍卖的机器人目标分配协调控制算法，通过计算N个机器人到M个目标任务的价值和代价，让每个机器人在付出的代价尽量小的情况下，找到在期望队形中与自己相匹配的目标位置，使系统整体时间利用率最大化。最后进行了实验验证。关键词：多移动机器人；目标跟踪；领航跟随；协调控制-I-燕山大学工程硕士学位论文AbstractWiththeincreasingcomplexityofthetaskwhichmobilerobotperforms,andbecauseofthedistributedsensingandexecu

7、tiveability,overallcoordinationandparallelability,andstrongrobustnessandfaulttoleranceability,multiplemobilerobotscoordinationcontrolsystemhaveattractedalotofattention.Therefore,theresearchformultiplemobilerobotscoordinationcontrolsystemhasim