基于信息素的多机器人协作任务分配

针对多机器人系统未知环境下自主任务分配问题,提出了将虚拟吸引信息素和虚拟排斥信息素相结合的多机器人任务分配方法。在动态未知环境下,进行了多机器人协作搜集实验,实验结果表明所提方法既可以避免多个机器人集中在一个空间内造成冲突加剧的现象,又可以实现多机器人自主地进行任务分配目的。     

基于蚁群算法的多机器人协作策略

蚁群算法是一种通过对蚂蚁社会长期观察得来的优化算法．它建立在蚁群的一种叫“外激励”的联系方式上，对解决一些分布式控制问题和复杂的优化问题十分有效．将“外激励”这一概念引入多机器人系统中，设计了一种基于蚁群算法的多机器人协作策略．这一策略可以解决多机器人系统在未知环境工作时所面临的一项艰巨的任务：自主协作规划．定义了多机器人系统在未知环境中可能存在的一个问题：任务死锁；将衰减因子引入协作算法，以防止任务死锁的发生；通过仿真验证了算法的性能．     

无路标环境下遥操作机器人SLAM系统

为了提高遥操作机器人的实用性和高效性,设计与开发了一种基于无线网络的无路标未知环境下探索移动机器人系统,其包括移动机器人子系统和机器人远程状态监视子系统.根据机器人功能需求,提出一种多控制器协作及多传感器信息融合的移动机器人硬件结构.利用机器人实时定位和激光测距扫描的能力,提出了一种改进的VFH算法,进行机器人自主局部路径规划.机器人远程状态监视子系统通过无线网络设定机器人的目标点,实时监视机器人状态,并绘制机器人所探索的环境地图.实验表明,开发的探索移动机器人系统具备了在未知环境探索的能力.     

基于ROS平台的移动机器人自主导航技术研究

针对移动机器人传统的室内环境导航方法比较单一,无法适应多场景等问题,本文将传统的基于ROS平台的Navigation功能框架的导航方法与AprilTag标签算法相结合进行导航系统的设计。该系统采用Gmapping算法和AMCL算法分别完成环境建图与机器人定位,然后通过Navigation功能框架获取环境地图与机器人位姿信息进行路径规划,并且在此基础上结合AprilTag标签算法进行机器人的导航设计。实验结果表明,该系统构建的环境地图精度较高,能够实现对机器人的有效定位,且Navigation功能框架与AprilTag标签相结合的导航系统能更好地适应多场景。     

基于人工免疫系统的异构多机器人联盟形成

对动态环境下多机器人联盟形成问题进行了研究,提出了一种基于人工免疫系统的异构多机器人联盟形成方法.该方法在对比人工免疫系统与多机器人系统相似关系的基础上,利用人工免疫系统的隐喻机制为面向动态感知任务的异构多机器人联盟形成问题提供了一种新的思路和解决方法.进行了未知非结构化环境下的多机器人协作搜集仿真实验,仿真结果表明所提方法可以使多机器人系统自主地形成机器人联盟以完成动态感知任务,提高了多机器人系统执行任务的效率.     

面向观测融合和吸引因子的多机器人主动SLAM

针对未知环境下多机器人主动SLAM(simultaneous localization and mapping)存在不能完全遍历环境、定位精度不理想等问题,本文基于EKF-SLAM(extended Kalman filter-simultaneous localization and mapping)算法提出一种多机器人主动SLAM算法。通过引入吸引因子,增强多机器人系统之间的交流,提升机器人自身定位精度与环境建图精度,同时又引导多机器人团队进行探索环境。当同一地标被多个机器人观测到,采用凸组合融合方法融合各个机器人对地标的估计,从而降低被估计地标的不确定度。仿真结果表明,所提算法能够对环境进行覆盖遍历,提升对地标估计的定位精度。     

基于ROS和SLAM的全向移动语音机器人设计

针对传统嵌入式单片机控制的移动机器人交互少、自主运行能力不足的问题,设计并构建了语音启动的基于ROS元操作系统的移动机器人系统.以Linux系统的微处理器作为核心控制平台,STM32单片机作为下位机,结合激光雷达、GY-85等器件,根据混合硬件架构思想设计了一款全向移动的智能语音机器人.该机器人利用激光雷达采集环境信息,并用hector SLAM算法进行建图,利用AMCL算法进行定位和导航,并且采用了麦克纳姆轮底盘进行全方位的移动.对机器人的语音交互、实时定位和建图的功能进行了实地实验.实验结果表明,该移动机器人具有良好的语音交互、建图精度和系统特性,可有效完成建图定位和导航功能.     

基于随机行走的群机器人二维地图构建

机器人在未知环境自主探索时,需要快速准确地获取环境地图信息。针对高效探索和未知环境的地图构建问题,将随机行走算法应用于群机器人的探索中,机器人模拟布朗运动,对搜索区域建图。然后,改进了布朗运动算法,通过设置机器人随机行走时的最大旋转角度,来避免机器人重复性地搜索一个区域,使机器人在相同时间内探索更多的区域,提高机器人的搜索效率。最后,通过搭载激光雷达的多个移动机器人进行了仿真实验,实验分析了最大转角增量、机器人数量以及机器人运动步数对搜索区域的影响。     

一种普适机器人系统同时定位、标定与建图方法

机器人定位、传感器网络标定与环境建图是普适机器人系统中三个相互耦合的基本问题, 其有效解决是普适机器人系统提供高效智能服务的前提. 本文提出了普适机器人系统同时机器人定位、传感器网络标定与环境建图的概念, 通过分析三者之间的耦合关系, 给出同时定位、标定与建图问题的联合条件概率表示, 基于贝叶斯公式和马尔科夫特性将其分解为若干可解项, 并借鉴Rao-Blackwellized粒子滤波的思想分别求解. 首先, 联合传感器网络对机器人的观测、机器人对已定位环境特征的观测以及机器人自身控制量,设计了位姿粒子的采样提议分布和权值更新公式; 其次, 联合传感器网络对机器人运动轨迹及已定位环境特征的观测,设计了传感器网络标定的递推公式; 然后, 联合传感器网络和机器人对(已定位或新发现)环境特征的观测,设计了环境建图的递推公式. 给出了完整的同时定位、标定与建图算法, 并通过仿真实验验证了该算法的有效性.     

电缆隧道巡检机器人定位建图系统研究与实现

电缆隧道空间小、环境复杂,因老化及腐蚀易发生火灾,巡检机器人可以通过日常巡检提早发现隐患,但电缆隧道环境存在定位难度大、地图信息缺失的问题。针对以上问题,该文提出了电缆隧道环境下使用IMU、车轮里程计、激光雷达多传感器数据融合的定位建图方法,并设计了该方法的电缆隧道定位建图系统。为了验证定位建图系统的有效性,该文使用该系统进行实验测试,定位、建图能力均可满足巡检要求。     

多机器人地图融合方法研究

多机器人建图是实现机器人自主导航,完成复杂智能任务的关键.其中如何将不同机器人采集的数据融合到全局地图中,成了多机器人建图中的一个核心问题.文中采用独立探索、集中建图的探索策略,提出一种基于改进差异进化算法的多机器人概率栅格地图的融合.该算法在地图相似度的概念基础上,建立相异度函数,利用改进的进化算法搜索策略快速地搜索各局部地图之间的最大重叠部分,实现了多机器人系统栅格地图的融合,有效的解决了相对位置未知情况下的地图创建问题.通过实验验证了该方法正确、可行.     

全自主足球机器人通信子系统的设计与实现

全自主足球机器人系统涉及到在未知的动态环境中多机器人的协同工作,如何实现各足球机器人之间的高效实时通信是一个关键的问题。通信需要解决对话管理、对话协议和通信平台三个问题。其中,对话管理为机器人之间的信息交换提供各种连接方式;对话协议是机器人之间对协作信息内容和格式的约定;通信平台则是实现信息交互的物理硬件。该文采用基于CSMA/CA的无线局域网,建立了全自主足球机器人通信子系统的通信平台;建立了基于C/S模式的对话管理;并为多机器人系统的协作问题求解提出了一套可行的对话协议。实验证明该设计可行。     

基于一种蚁群算法的多机器人动态感知任务分配

多机器人系统在具有任务聚集特征的动态感知任务环境下执行搜集任务时,存在着由于任务分配不当而引起的冲突加剧问题.针对这一问题,提出了一种基于排斥信息素型蚁群算法的多机器人任务自主分配方法.进行了未知非结构化环境下的多机器人协作搜集仿真实验.仿真结果表明,采用本文所提方法可以实现多机器人搜集任务的自主分配,有效减少机器人的空间冲突,尤其在机器人数量较多的情况下,更能显示出该方法的优势.     

多机器人协作任务的仿真设计研究

多机器人协作问题已成为机器人研究领域的一个热点,而仿真研究是多机器人协作问题的重要研究手段.为了给多机器人协作任务提供评断依据,基于对MuRoS仿真平台的扩充提出了一套针对多机器人协作任务仿真的完整设计思路.首先分析了MuRoS多机器人任务模拟环境的结构框架和功能特点,描述了它执行仿真任务的工作流程.然后提出了几种常用虚拟控制器的接口设计方法.最后,通过几个典型的协作任务的仿真实例合理调用虚拟控制器,得到了满意的运行效果,验证了设计思路的有效性.     

基于ARM的轮式机器人避障系统设计

为了提高轮式机器人在未知环境中的避障性能,采用ARM控制器,结合多传感器融合技术和模糊控制技术,对轮式机器人避障系统进行了研究。利用多路传感器采集未知环境中搜索范围内的障碍物距离信息,根据不同的距离信息来制定具有避障功能的模糊控制算法,进而控制轮式机器人的运动状态。实验中,根据轮式机器人反馈的信息不断调整参数,以达到准确避障。实验结果表明:所提方法能够有效地解决轮式机器人在未知环境中的避障问题,在无人驾驶方面具有广泛的应用前景。     

基于三轮全向机器人的室内建图与导航

针对SLAM以及ROS系统的广泛应用,设计并制作了一种带有升降抓取结构的作业型全向移动机器人。该系统通过观测IMU与陀螺仪数据,得出机器人运动轨迹,对全向移动底盘进行运动学推导,动态计算出机器人运动时系统的实时位姿状态,利用激光雷达对未知环境进行二维激光扫描匹配,结合粒子滤波算法绘制栅格地图,设定系列目标点,经A*算法规划最优路径进行自主导航,完成指定任务。实验结果表明,该系统可构建精度较高环境地图,实现对机器人的有效定位,完成室内建图与自主导航等任务。     

一种改进多机器人分布式滚动路径规划算法

针对多移动机器人全局静态环境未知的路径规划问题,采用了一个全局性能指标,在保证路径较优的情况下,最小化机器人的停顿时间,提出机器人之间以修正局部路径为主的协调策略。根据多机器人滚动路径算法的原理,设计了改进的多机器人分布式滚动路径规划算法。在已有仿真系统上进行测试,比较了所提出的协调策略与改变机器人移动速度协调策略对性能指标的影响。仿真结果表明,静态环境未知情况下,机器人可以并行规划各自的协调路径。     

嵌入式Linux下超声波避障系统设计

介绍了新型超声波传感器的工作原理、测距系统的软硬件实现,及机器人平台整个软件工作流程.利用软件方法解决了S3C2410中不利于检测回波的问题,完成了基于ARM9与嵌入式Linux系统的移动机器人平台下未知环境的避障导航系统的设计.提出在Linux驱动程序模块中利用轮循方法实现多路超声波的测距,并结合开发的超声波驱动程序完成了机器人在未知环境下的导航避障功能,非结构环境下机器人平台运行效果良好.     

基于免疫机理的多机器人未知环境完全探测研究

利用多个机器人对未知环境进行在线完全探测.引用免疫系统的工作机理,系统是完全自主分布式的,对机器人的起始位置、运动队形不做任何要求.将机器人感知到的局部环境信息看作抗原,机器人看成B细胞,机器人下一步的探测目标点作为抗体.根据抗原信息,机器人个体进行自主作业.利用抗体-抗体的作用力,机器人之间实现协作.结合机器人的自主性和协作性,系统在线对未知环境进行探测.算法还利用记忆库记录边界点来实现完全探测,省去记录大量环境地图信息.仿真实验表明算法能有效实现完全探测,且对个别机器人失效和通讯丢失有较好的鲁棒性.     

协作多机器人系统研究进展综述

协作多机器人系统是近年来机器人研究的热点,具有良好的应用前景.针对开展相关研究的迫切需要,总结了协作多机器人系统研究的国内外发展现状,并分别对无意识协作的仿生多机器人系统和有意识协作的异构多机器人系统研究进行论述.重点从系统构建和优化控制的宏观角度出发,对有意识协作异构多机器人系统的体系结构、环境感知以及优化控制3个方面的研究进展分别展开论述;对典型的多机器人验证任务和软硬件实验平台进行了总结;最后对协作多机器人系统的研究方向进行了展望.