摘要
随着人工智能技术在行业中的普遍应用，单个机器人虽然已拥有了很大的稳定性、鲁棒性和高效率，但是其仍然难以完成许多复杂的、重大的工作，例如在协同作战、对目标围捕、探索救援、侦察等特殊的工作场合，因此单个机器人在操作能力、工作效率等方面都显然欠缺。多机器人协作技术因为低成本、鲁棒性好的特性而引起了人们普遍重视，在民用、工业、军事等方面均具有很大的开发前景。而编队控制和避障技术作为多机器人协作运动最基本的能力，自然成为了众多学者关注的热门领域，其难点主要体现在不同的障碍物条件下，多机器人编队的形成、保持及其避障。因此，本论文对差速移动机器人的编队与避障问题进行研究。 首先，介绍了基于ROS系统的差速移动机器人中各坐标系关系，针对差速移动机器人进行了一系列的运动学分析，详细描述了两种不同的领航跟随模型，即基于SBC模型与基于SSC模型，并基于运动学模型设计了一种跟随者可以自动调节跟随速度的编队办法，为后续章节的编队避障奠定了基础。。 其次，剖析并验证了全局路径规划A*算法与局部路径规划DWA算法的工作原理，结合两种算法的优点，设计了一种扩展DWA评价函数的方法，实时约束全局路径和局部路径，并对此融合算法进行了MATLAB仿真验证。紧接着将领航跟随法与差速移动机器人的自主导航相结合，制定了异构独立避障和同构整体避障两种不同的避障方案，并制定了相应的编队避障策略，使得多个差速移动机器人能够更好地实现编队避障功能。 然后，完成了基于ROS的差速移动机器人的控制系统设计，包括系统的硬件选型和软件设计。硬件选型主要包括有电源电路、下位机主控模块、编码器与电机驱动、激光雷达系统等多个方面，而软件设计则主要包含了下位机的编程设计和基于ROS的上位机编程设计，搭建了基于ROS的差速移动机器人实验平台。 最后，通过差速移动机器人实验平台对文中的编队避障算法与方案进行了一系列的验证实验，利用ROS系统自带的Rviz可视化平台与MATLAB软件把差速移动机器人导航过程中产生的话题与服务数据转化成图像，验证了差速移动机器人自主导航、动态避障以及编队避障导航功能，证明了改进后的编队避障具有较高的稳定性与可行性，差速移动机器人编队避障可以达到预期的效果。
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