摘要近年来，多机器人 编队 问题渐渐成为机器人学中研究的热点问题 。 多机器人的编队控制要使一队机器人在运动时保持一个期望的队形 。 本文主要是基于图论和人工势场理论对多机器人的编队群集运动开展了进一步的研究。论文首先对图论进行了概述 ， 并对应用图论的文献进行了归纳总结 ， 然后详细介绍了图论和人工势场法相结合的多机器人编队方法 。 接着对基于图论和人工势场法的多机器人 编队 控制方法进行了改进 ， 使之能够 让 多机器人在群集运动的同时形成预定的队形，然后对改进的方法证明了其稳定性 。最后 ， 对论文中提出的一些结论和文献综述中提到的一些控制方法进行了一系列的仿真实验，并对仿真结果进行了分析 。61080
毕业论文关键词 多机器人系统； 图论；编队控制；势场函数 ；
Title Based on potential field function of multi-robot formationcontrolAbstract Abstract Abstract AbstractIn recent years, the problem of robot team formation to becoming a hotissue of research in robotics. Multi-robot formation control will makea robot maintain a desired formation during movement. This paper is basedon graph theory and artificial potential field theory of multi-robotformation cluster movement carried out further research.Paper first on the graph theory were summarized, and has carried on theinduction summary to the application of graph theory literature, and thendetailed introduces the graph theory and method of robot team formationof artificial potential field method. Then based on graph theory and theartificial potential field method of multi-robot formation control methodis improved, can make more robots in the cluster sports in predeterminedformation at the same time, and then to improve the method proves itsstability.Finally, the paper puts forward some conclusions and some control methodsmentioned in literature review conducted a series of simulationexperiments, and the simulation results are analyzed.
Keywords Multi-robot systems ； Graph theory; formation control; potentialfield ；
1 引言 1
1.1 多自主机器人系统 .. 1
1.2 多机器人编队的优势 ... 2
1.3 多机器人研究趋向 .. 3
2 多机器人编队方法 . 4
2.1 图论 . 4
2.2.1 图的概念 .... 4
2.2.2 图的矩阵表示 . 5
2.2 人工势场法 .... 5
3. 方案设计 7
3.1 问题描述 ... 7
3.2 控制器设计 .... 8
3.3 稳定性分析 .. 12
3.4 多机器人系统质心的运动规律 14
4 仿真实验与分析 ... 17
4.1 MATLAB 概述 . 17
4.2 MATLAB 的特点 .. 17
4.3 仿真结果 . 18
结论 .. 21
致谢 .. 23
参考文献 .... 24
1 1 1 1 引言引言引言引言随着机器人的工作环境从结构化的工厂车间扩展到了非结构化的一般性 环境 ， 机器人的控制方式也从预编程控制方式发展到了基于人工智能和自主控制方法 。 非结构化的应用场合拉动了机器人对智能和自主能力的需求 。 在一些应用场合 ， 单一的机器人受个体能力和可靠性等诸多因素的制约 ， 有时难于应对复杂的工作内容 。 此时通过多个机器人之间的协作来完成某些单个机器人难于完成的使命 ， 作为对个体机器人能力的补充 ， 多机器人协作可以有效地提高个体机器人在能力 、 效率 、 可靠性等方面的不足 。 因此机器人的协调合作能力已经成为评价机器人智能和自主能力的一个重要方面。当前 ， 在操作大型物体 ， 军事侦察 ， 自动搬运等领域多机器人协调控制技术已经得到了应用 。 机器人技术的发展目前大致正沿着两个重要的方向 ： 一是针对提高单个机器人性能的研究方向 ， 另一个则是适应复杂任务要求的多机器人系统的研究方向 。 源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/ 进行多机器人系统的研究是机器人技术发展的必然趋势 ， 必将对机器人技术的发展起重要作用 。 今后随着科技的发展 ， 多机器人系统的应用领域将逐渐向工业 、 军事领域发展 ， 它的应用将越来越广 。 在工业中 ， 多机器人系统的柔性可极大地加快企业的转产速度 ， 实现柔性加工 ； 在国防中 ， 它可以实现无人飞机和无人坦克代替军队进行作战 ， 最大限度地减少人员伤亡 。 可以预见多机器人系统的应用将会对社会带来巨大变革 ， 能极大地提高人们的生活质量以及工农业和国防现代化程度。中国工程院院长宋健指出 ： “ 机器人学的进步和应用是 20 世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化 ” 。编队，是指多机器人在到达目的地的过程中，保持某种队形，同时又要适应环境约束 ( 例如存在障碍物或者空间的物理限制 ) 的控制技术 。 在编队控制中 ， 一方面要绕开各种障碍物向目标移动 ；另一方面还要保持队形不变 。 因此 ， 编队控制是一个典型且通用的多机器人协调问题，是多机器人协调控制的基本 ] 1 [。 MATLAB基于势场函数的多机器人编队控制:http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_66686.html