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毕业论文-基于多机器人的曲线路径循迹控制，共152页，65829字
中文摘要
移动机器人在工业生产、军事侦察、家庭医疗等领域具有重要的应用价值，
多机器人的曲线路径跟踪及行为控制是移动机器人的关键技术。本文在与美国北
卡罗来纳州州立大学合作的基础上，对基于多机器人的曲线路径循迹控制的多个
问题进行了研究。
对 TCP/UDP 协议和蓝牙协议的通信机制进行了研究，根据实时控制的要求，
开发并实现了基站、用户界面、定位系统和移动机器人的之间的通信。
建立了机器人的数学模型，依据“航位推算法”，建立了从编码器反馈到机
器人位姿之间的关系，设计并实现了机器人的自主定位。通过对机器人计算机视
觉识别和定位算法的研究，提出了基于 Hu 矩匹配、轮廓整体匹配和特征点匹配
结合的多目标识别定位算法，设计并实现了多机器人的视觉定位。
针对移动机器人的曲线路径循迹控制问题进行了研究，在原有二次曲线路径
跟踪算法基础上，提出了一种模糊控制路径跟踪算法，通过仿真和实验证明其在
大曲率和曲率变化较多路径上具有较强的优势。
对多机器人的行为控制进行了有限状态机建模，研究并实现了多机器人在环
路路径下的避碰规划。
关键词：曲线路径；跟踪控制；多机器人；视觉定位

目录
第 1 章 绪 论 ....1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 研究现状与应用 1
1.2.1 移动机器人定位 ...2
1.2.2 移动机器人曲线路径跟踪控制 .....3
1.2.3 多机器人系统体系结构与协调控制 ......5
1.2.4 多机器人系统应用 7
1.3 研究内容 ....9
第 2 章 系统架构及组成 .10
2.1 总体架构 .10
2.2 硬件组成 .11
2.2.1 主机及通信 .11
2.2.2 移动机器人 .12
2.2.3 视觉定位设备 .....14
2.3 软件开发工具及语言 .......15
2.4 本章小结 .15
第 3 章 通信系统设计 .....16
3.1 TCP 及 UDP 协议通信 ......16
3.1.1 TCP 及 UDP 协议通信特点 ..16
3.1.2 套接字通信实现 .17
3.1.3 系统程序通信架构 ......19
3.2 蓝牙协议通信 ..20
3.2.1 蓝牙协议通信特点 ......21
3.2.2 NXT 机器人对蓝牙通信的支持 ...21
3.2.3 蓝牙通信参数测量实验 ......22
3.2.4 蓝牙通信实现与设计 ..23
3.3 本章小结 .24
第 4 章 移动机器人定位系统设计 ..26
4.1 自主定位系统 ..26
4.1.1 自主定位原理和实现 ..26
4.1.2 坐标系映射 .27
4.2 机器人视觉定位系统 .......28
4.2.1 摄像机成像模型 .29
4.2.2 多机器人识别算法 ......31
4.2.3 机器人定位算法 .36
4.2.4 视觉定位程序架构 ......38
4.2.5 机器人标志识别实验 ..38
4.2.6 机器人定位实验 .41
4.3 本章小结 .45
第 5 章 移动机器人曲线路径跟踪控制研究 ...46
5.1 曲线路径跟踪问题描述 ...46
5.2 二次曲线跟踪算法 ..47
5.3 模糊控制跟踪算法设计 ...50
5.3.1 模糊控制原理 .....50
5.3.2 模糊控制器结构设计 ..52
5.3.3 隶属函数设计 .....55
5.3.4 模糊控制规则设计 ......57
5.3.5 模糊控制查询表 .58
5.4 Matlab 仿真 ......60
5.4.1 仿真平台搭建 .....61
5.4.2 仿真实验 .....63
5.5 曲线路径跟踪实现程序架构 ...65
5.6 路径跟踪实验 ..67
5.7 本章小结 .71
第 6 章 多机器人行为控制研究 ......72
6.1 多机器人行为控制目的 ...72
6.2 多机器人行为控制环境 ...73
6.2.1 道路模拟环路设计 ......73
6.2.2 基于分段的路径选择 ..76
6.3 行为控制体系设计 ..77
6.4 多机器人行为控制实现 ...78
6.4.1 有限状态机实现 .78
6.4.2 跟随行为实现 .....80
6.4.3 停止行为实现 .....81
6.4.4 避碰行为实现 .....81
6.5 避碰规划实验 ..84
6.6 本章小结 .87
第 7 章 总结 ....88
插图索引 ...89
表格索引 ...92
参考文献 ...93
致 谢 .98
声 明 ...错误！未定义书签。
附录 A 外文资料的调研阅读报告（或书面翻译） ..99
附录 B 若干问题补充说明 ...... 114
附录 C 系统用户手册 ..... 119
附录 D 模糊控制查询表数据 .. 130