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摘要进入21世纪以来，军事变革不断深化，以无人机为典型的无人化作战平台开始在战争舞台上大显身手。而由于多机器人作战体系具有数量、协同、情报、速度等方面的优势，该领域将成为发展的重点。本论文旨在研制一种通过无线网络进行通信的多机器人体系，在多种传感器配合下，实现协同控制和编队保持。本次课题所涉及的多机器人系统，由3台独立的机器人组成，基于无线网络进行集中式控制，并且能通过GPS 信号自行进行编队保持和协同配合。lf0042
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本文提出了一种适用于多机器人作战编队的基于航标示踪的协同控制策略，并对多机器人体系的设计制定出总体设计方案，并且针对其中的机械结构、控制系统、运动模型与算法、网络架构等进行详细的设计和分析。
关键词 多移动机器人 无线网络 编队控制
Abstract
In the 21st century, with the deepening in the revolution in military affairs, typical UAV unmanned combat platforms began to show their talents on the stage of the war. And because the multi-robot system has the advantage of the number of operations, coordination, intelligence, speed and other aspects of this area ,it will be the focus to be developed. This paper aims to develop a multi-robot system based on wireless network, combined with a variety of sensors, control and achieve synergies to maintain formation. Multi-robot systems involved in this issue, by the three independent robots, centralized control based on Wi-Fi, and GPS signals through its own fleet and maintaining synergies.
This paper presents a multi-tracer beacon based robot combat formations and cooperative control method. Design and develop a multi-robot system ,and analysis the mechanical structure, control systems, motion models and algorithms, network architecture, etc.
Keywords Multiple robot Formation Control Wireless network
目次
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2多移动机器人体系发展现状1
1.3多作战机器人体系发展趋势2
1.4本课题研究目的与内容3
2作战编队与协同控制策略5
2.1数学模型分析5
2.2基于航标示踪法的编队运动策略6
3机器人模块组建与实现7
3.1多移动机器人单体结构设计7
3.2多机器人硬件实现9
4无线通信网络设计13
4.1无线网络控制原理13
4.2无线网络框架15
5多机器人体系控制系统设计19
5.1多机器人节点协同控制分解19
5.2上位机软件控制设计21
6控制系统软件设计及基础实验24
6.1卫星定位实验24
6.2机器人无线控制实验27
参考文献32
附录A上位机程序关键模块34
附录B下位机程序关键模块35
1 绪论
1.1 研究背景及意义
作为一种多学科交叉而形成的研究领域，机器人研究随着信息技术、人工智能理论、控制理论和传感其技术的不断发展而迈进了全新的阶段。机器人学研究的对象经从以往结构简单、功能单一的机器人，发展到面向复杂任务，能够协同配合的机器人的更高层次。机器人的服务领域也从单纯的示教延伸到了到各种服务业、军事侦查、航空航天等领域。而在机器人应用发展的过程中，又为机器人学提出了更多的挑战和要求。多机器人学就是人们在解决这类挑战的过程中逐渐发展起来的[1]。
进入21世纪以来，军事变革不断深化，以无人机、无人车为典型的无人化作战平台开始在战争舞台上大显身手。为了降低士兵在危险的战场环境中的危险，军用机器人不断出现[2]。诱饵机器人可通过制造假象迷惑敌方；侦查机器人可以代替士兵深入危险区域进行侦查，实时传回第一线的战场信息；无人车可以源源不断将作战物资输送到位；排雷机器人可以代替士兵检查和清楚可疑爆炸物；无人机可以全天候、低成本进行侦查工作并出其不意地发动进攻[3]、[4]……机器人在未来的战场上势必会发挥巨大的作用。