摘要
移动机器人是一类具有高度自主性的智能机器人系统，能有效代替人类完成风险性高、疲劳度大的工作，在工农业、军事以及科研等领域发挥着越来越广泛的作用。在当下，随着人们对移动机器人赋予的任务日益复杂，多移动机器人系统应运而生。多移动机器人系统具有单个移动机器人所不具有的协作互补、调度协同等优势，在仓储运输、环境探索等具体场景中展现出独有的作用。多机器人系统中各个机器人如何感知环境信息、控制队形结构以及路径规划等问题已经成为多机器人协作与协调控制的关键。论文主要以室内环境下的移动机器人为研究对象，对多机器人系统环境感知、编队控制以及路径规划等问题展开研究，具体研究内容如下： 首先，针对移动机器人系统结构和运动特性，建立了移动机器人运动学模型和动力学模型；针对移动机器人环境感知，建立了地图、里程计、传感器噪声和雷达测距模型。 其次，针对室内移动机器人，阐述了即时定位与建图技术的原理，在cartographer基础上设计了移动机器人室内定位与建图方法；同时改进了传统的快速扩展随机树路径规划算法，实现了室内移动机器人的避障与导航功能；最后针对多移动机器人路径规划，设计了基于改进RRT算法和遗传算法的协同路径规划算法，实现了多机器人路径规划功能。 然后，针对移动机器人轨迹跟踪问题进行研究。针对理想条件下的移动机器人运动，使用干扰观测器对系统受到的外部干扰进行估计，设计了迭代学习控制器，并且应用模糊逻辑思想对迭代学习参数进行在线优化，实现了移动机器人对期望轨迹的有效跟踪。 接着，针对多移动机器人系统的编队控制问题展开研究。在基于领航-跟随者编队控制方法基础上建立了队形控制结构模型；明确编队控制本质后，通过分层控制思想分别设计了基于迭代学习控制的运动学控制器和基于模糊控制的动力学控制器作为多机器人编队控制器；最后，通过数值仿真验证了所设计的编队运动控制器在编队队形保持、队形切换上的有效性。 最后，搭建了室内环境下的移动机器人硬件系统，对移动机器人的控制板、机载运算系统、通信等模块进行了具体设计，并通过硬件实验对设计的移动机器人系统的进行了有效性验证。
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