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移动机器人系统及其协调控制
基本介绍
- 书名：移动机器人系统及其协调控制
- 出版社：华中科技大学出版社
- 页数：142页
- 开本：16
- 品牌：华中科技大学出版社
- 作者：程磊
- 出版日期：2014年3月1日
- 语种：简体中文, 英语
- ISBN：9787560996127
基本介绍
内容简介
《移动机器人系统及其协调控制》可作为移动机器人结构及多机器人学系统设计方法学相关学者的参考书，也可以供控制及机器人等相关专业的研究生研读。
作者简介
程磊，男，博士研究生，武汉科技大学信息科学与工程学院副教授，。
图书目录
1移动机器人感知与定位
1.1移动机器人环境感知
1.1.1距离感知
1.1.2机器视觉
1.1.3机器嗅觉
1.1.4感知信息融合
1.2移动机器人定位
1.2.1自定位
1.2.2同步定位与构图
2移动机器人控制
2.1数学模型及分析
2.2虚拟力控制
2.3运动规划
2.4基于行为的控制技术
2.5驱动系统
3移动机器人协调控制基础
3.1协调控制理论研究
3.1.1分散式控制算法
3.1.2分散式人工智慧方法
3.2移动机器人通信
3.3基于智慧型体通信架构的协调控制系统
3.3.1智慧型体内部结构
3.3.2基于通信的运动协调系统架构
3.3.3基于通信的协调避碰机制
4移动机器人刚性编队控制
4.1基于l—φ闭环控制律的移动机器人刚性编队
4.1.1leader—follower刚性编队的稳定性分析
4.1.2移动机器人刚性编队实验的软体及硬体实现
4.2引入势点的刚性编队
4.3面向l—φ闭环控制律的多机器人避障算法
4.4面向刚性编队的容错控制
4.4.1队形分级图
4.4.2容错队形重构
5移动机器人群集运动控制
5.1基于势场原理的移动机器人群集运动
5.1.1无leader群集运动
5.1.2有序化群集运动
5.1.3基于“最小稳定时间”的群集运动性能分析
5.1.4仿真与实验
5.2移动机器人协调避障
5.2.1多移动机器人群集运动中的联合势场法避障算法
5.2.2融合沿墙行为的多移动机器人避障运动
5.2.3基于Backstepping的多移动机器人群集运动系统
6网路化移动机器人协同工作控制
6.1移动机器人分层协调控制结构
6.2移动机器人分层协调控制系统实验研究
6.2.1实验设计
6.2.2基于势点的多移动机器人协调围捕/拦截策略
6.2.3实验
6.3物联网环境下的多移动机器人协调控制
6.3.1物联网技术概述
6.3.2物联网环境下的多移动机器人群集运动系统
6.3.3物联网环境下的多移动机器人协作环境探索
6.3.4小结
1.1移动机器人环境感知
1.1.1距离感知
1.1.2机器视觉
1.1.3机器嗅觉
1.1.4感知信息融合
1.2移动机器人定位
1.2.1自定位
1.2.2同步定位与构图
2移动机器人控制
2.1数学模型及分析
2.2虚拟力控制
2.3运动规划
2.4基于行为的控制技术
2.5驱动系统
3移动机器人协调控制基础
3.1协调控制理论研究
3.1.1分散式控制算法
3.1.2分散式人工智慧方法
3.2移动机器人通信
3.3基于智慧型体通信架构的协调控制系统
3.3.1智慧型体内部结构
3.3.2基于通信的运动协调系统架构
3.3.3基于通信的协调避碰机制
4移动机器人刚性编队控制
4.1基于l—φ闭环控制律的移动机器人刚性编队
4.1.1leader—follower刚性编队的稳定性分析
4.1.2移动机器人刚性编队实验的软体及硬体实现
4.2引入势点的刚性编队
4.3面向l—φ闭环控制律的多机器人避障算法
4.4面向刚性编队的容错控制
4.4.1队形分级图
4.4.2容错队形重构
5移动机器人群集运动控制
5.1基于势场原理的移动机器人群集运动
5.1.1无leader群集运动
5.1.2有序化群集运动
5.1.3基于“最小稳定时间”的群集运动性能分析
5.1.4仿真与实验
5.2移动机器人协调避障
5.2.1多移动机器人群集运动中的联合势场法避障算法
5.2.2融合沿墙行为的多移动机器人避障运动
5.2.3基于Backstepping的多移动机器人群集运动系统
6网路化移动机器人协同工作控制
6.1移动机器人分层协调控制结构
6.2移动机器人分层协调控制系统实验研究
6.2.1实验设计
6.2.2基于势点的多移动机器人协调围捕/拦截策略
6.2.3实验
6.3物联网环境下的多移动机器人协调控制
6.3.1物联网技术概述
6.3.2物联网环境下的多移动机器人群集运动系统
6.3.3物联网环境下的多移动机器人协作环境探索
6.3.4小结
序言
机器人学是一门综合性学科，涉及仿生学、机械学、力学、材料学、计算机和控制学等多门学科，移动机器人是一种由感测器、遥控操作器和自动控制的移动载体组成的机器人系统。移动机器人具有移动功能，在代替人从事危险、恶劣（如辐射、有毒等）环境下作业和人所不及的（如宇宙空间、水下等）环境作业方面，比一般机器人有更大的机动性、灵活性，已成为国内外机器人学的热点研究问题。
同时，机器人协调控制亦是机器人学发展的一个新方向。一方面，由于某些任务的複杂性，单个机器人会因为自身有限的能力而无法完成全部的工作，在这种情况下，多个机器人可以通过相互之间的协调共同完成任务。另一方面，通过多机器人间的协调，可以提高机器人系统的作业效率。在多机器人系统的研究中，多移动机器人系统的协调控制始终是一个热点主题，也是该领域中一个基础性的研究方向。
本书的特点是对移动机器人及其协调控制系统进行了统一论述，以笔者近年来在相关领域的研究结果为基础，对移动机器人方向的理论基础和实现技术进行了合理归纳和分析探讨，内容丰富实用、简明扼要。从内容的组织上，本书既可为移动机器人研究人员提供借鉴，亦可成为高年级本科生及研究生在相关课程教学中的综合性教材。
全书研究内容分为移动机器人本体与移动机器人协调控制两部分，共6章，各章节内容概述如下：
第1章综合论述了移动机器人的感知与定位理论及技术，包括基于距离感测器的环境感知、机器视觉、机器嗅觉及感知信息融合技术；在此基础上，介绍了机器人的定位方法，包括自定位技术、同步定位与构图技术（SLAM）。
第2章论述了移动机器人的运动控制理论及硬体驱动技术，建立了移动机器人的数学模型，探讨了一般智慧型体与移动机器人之间的控制转换方法，并对机器人运动规划、基于行为的运动控制等关键技术进行了阐述，实现可控的移动机器人运行。
第3章对移动机器人协调控制的基础理论加以分类描述，并以移动机器人之间的通信机制为基础，引入基于智慧型体构架的移动机器人协调控制理念，具体介绍了智慧型体内部结构、运动协调系统构架及多个体协调避碰机制，其后的移动机器人协调控制研究均以此为基础展开。
第4章至第6章从不同角度介绍了几类移动机器人协调控制系统实例。第4章研究了基于l-φ闭环控制律的移动机器人刚性编队控制系统及其改进算法，对刚性编队的leader-follower基本稳定性问题进行分析与综合，并论述了面向l-φ闭环控制率的多机器人避障算法，最后对多移动机器人运动协调中的容错控制问题进行了初步探讨。
第5章阐述了基于势场原理的移动机器人群集运动控制算法及其性能评价方法，并对未知环境下的移动机器人群集运动协调避障问题提出了相应的解决方案。
第6章概括介绍了网路化机器人协同工业控制,包括移动机器人多任务协调控制以及物联网环境下的多移动机器人协调控制，并以“无人战车协同作战”实例来说明基于分级智慧型体结构的多任务协调控制系统的设计与实现过程，其中包含了基于“势点”的多移动机器人协调围捕/拦截策略的描述。另外，以目前广泛关注的物联网技术为基础，探讨了物联网环境下的移动机器人协调控制原理及其初步套用。将移动机器人协调控制理论与物联网系统相结合，是一个新的研究方向，有着十分重要的理论意义和实践价值。
本书集中了笔者在华中科技大学和武汉科技大学从事移动机器人研究的一点心得，是在笔者博士论文的基础上，融合了部分现有工作成果，进一步整理和发展而来的。移动机器人及其协作理论飞速发展，笔者的工作仅仅是对这方面的粗浅尝试，许多内容尚需完善，不妥和描述不周之处在所难免，还望专家不吝批评指正，也衷心希望笔者的工作能起到抛砖引玉的作用，为更多读者的研究提供一些有益的借鉴。
作 者
2013年12月
同时，机器人协调控制亦是机器人学发展的一个新方向。一方面，由于某些任务的複杂性，单个机器人会因为自身有限的能力而无法完成全部的工作，在这种情况下，多个机器人可以通过相互之间的协调共同完成任务。另一方面，通过多机器人间的协调，可以提高机器人系统的作业效率。在多机器人系统的研究中，多移动机器人系统的协调控制始终是一个热点主题，也是该领域中一个基础性的研究方向。
本书的特点是对移动机器人及其协调控制系统进行了统一论述，以笔者近年来在相关领域的研究结果为基础，对移动机器人方向的理论基础和实现技术进行了合理归纳和分析探讨，内容丰富实用、简明扼要。从内容的组织上，本书既可为移动机器人研究人员提供借鉴，亦可成为高年级本科生及研究生在相关课程教学中的综合性教材。
全书研究内容分为移动机器人本体与移动机器人协调控制两部分，共6章，各章节内容概述如下：
第1章综合论述了移动机器人的感知与定位理论及技术，包括基于距离感测器的环境感知、机器视觉、机器嗅觉及感知信息融合技术；在此基础上，介绍了机器人的定位方法，包括自定位技术、同步定位与构图技术（SLAM）。
第2章论述了移动机器人的运动控制理论及硬体驱动技术，建立了移动机器人的数学模型，探讨了一般智慧型体与移动机器人之间的控制转换方法，并对机器人运动规划、基于行为的运动控制等关键技术进行了阐述，实现可控的移动机器人运行。
第3章对移动机器人协调控制的基础理论加以分类描述，并以移动机器人之间的通信机制为基础，引入基于智慧型体构架的移动机器人协调控制理念，具体介绍了智慧型体内部结构、运动协调系统构架及多个体协调避碰机制，其后的移动机器人协调控制研究均以此为基础展开。
第4章至第6章从不同角度介绍了几类移动机器人协调控制系统实例。第4章研究了基于l-φ闭环控制律的移动机器人刚性编队控制系统及其改进算法，对刚性编队的leader-follower基本稳定性问题进行分析与综合，并论述了面向l-φ闭环控制率的多机器人避障算法，最后对多移动机器人运动协调中的容错控制问题进行了初步探讨。
第5章阐述了基于势场原理的移动机器人群集运动控制算法及其性能评价方法，并对未知环境下的移动机器人群集运动协调避障问题提出了相应的解决方案。
第6章概括介绍了网路化机器人协同工业控制,包括移动机器人多任务协调控制以及物联网环境下的多移动机器人协调控制，并以“无人战车协同作战”实例来说明基于分级智慧型体结构的多任务协调控制系统的设计与实现过程，其中包含了基于“势点”的多移动机器人协调围捕/拦截策略的描述。另外，以目前广泛关注的物联网技术为基础，探讨了物联网环境下的移动机器人协调控制原理及其初步套用。将移动机器人协调控制理论与物联网系统相结合，是一个新的研究方向，有着十分重要的理论意义和实践价值。
本书集中了笔者在华中科技大学和武汉科技大学从事移动机器人研究的一点心得，是在笔者博士论文的基础上，融合了部分现有工作成果，进一步整理和发展而来的。移动机器人及其协作理论飞速发展，笔者的工作仅仅是对这方面的粗浅尝试，许多内容尚需完善，不妥和描述不周之处在所难免，还望专家不吝批评指正，也衷心希望笔者的工作能起到抛砖引玉的作用，为更多读者的研究提供一些有益的借鉴。
作 者
2013年12月
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