**电子科技学信息工程学院
毕业设计（文）开题报告
题 目
基行机器编队算法研究实现
系
动 控 制
专 业
动 化
姓 名
费易明
班 级
10092812
学 号
10928219
指导教师
柏建军
综述课题国外研究动态说明选题意义
机器技术发展科学技术发展综合性结果时社会济发展产生重影响发展功二次世界战期间国加强国济发展加济投入说日战开始进行汽车工业力缺乏迫切需种机器进行批量制造提高生产效率降低劳动强度社会发展需求身需求方面生产力发展需求必然结果时类身发展结果类发展着类社会发展情况越越断深入探讨然探讨中断改造认识产生否种新东西代类事复杂繁重体力劳动实现类达世界认识改造产生机器说单机器工作力限完成较复杂务逐渐机器合作完成单机器法完成务机器协作
[1]优越性愈发成国外研究热点课题机器编队中典型性问题研究协作问题基础许领域广泛运尤军事领域例航空航天机编队飞行水航行器编队航行等谓编队控制指机器达目程中保持某种队形时适应环境控制技术[2]机器间保持定队形具许优点空间结果中特定队形实现充分效完成务缩短机器执行务时间降低成提高系统工作效率充分获环境信息增强抵抗外界进攻力提高鲁棒性等
目前实现编队控制方法种：基行法工势场法领航法虚结构法循环法MPC方法分布式控制[2]等等基行法控制器系列行组成行着目标机器具竞争性目标时容易出控制策略缺点法明确指出达整体行局部控制规队形控制稳定性[3]难保证工势场法通设计工势场势场函数表示环境队形中机器间约束关系基础进行分析控制Khatib[4]1986年提出工势场法基思想机器虚拟力场中运动障碍物斥力势场包围产生排斥力机器障碍物距离关系变化工势场法计算简单便实时控制尤处理障碍物空间避碰问题势场函数设计较困难领航法基思想机器组成群体中某机器指定领航者余作者者定距离间隔踪领航机器位置方方法进行拓展研究指定领航者指定领航者虚结构法应飞行器造卫星编队飞行控制中类方法特点机器间保持定形状形成刚性结构虚拟结构[5]循环法针带方性图形结构队形宇领航发类似具分级非线性MPC理目前已较成熟分布式控制针集中控制足提出分布控制2类设计思想类子系统身局部控制器出发考虑关联作影响设计保证整闭环系统稳定控制器类包含全部关联总系统出发结构约束控制器设计系统局部控制器分布式控制独立考虑机器特性具较强灵活性鲁棒性完成务高效性容错力等优点缺点设计复杂困难闭环系统稳定性难保证
次研究基行机器编队算法控制面具体详细描述基行法BalchArkin首先提出基行控制方法[6]基行控制方法通机器基行局部控制规设计机器产生需整体行局部控制器系列行组成机器基行方式行方式目标务机器行种奔目标行(movetogoal behavior )保持队形行( keepformation)躲避静态障碍物行 (avoidstasticobstacle) 躲避机器行( avoidrobot)机行(random)[7]面具体介绍种行保持队形行follow基leader发送步位置信息计算出理想队形位置机器系统中障碍物分静态障碍物
[8]动态障碍物里考虑静态障碍物情况机器传感器检测静态障碍物避碰区域机器前运动方机器障碍物连线间角度差绝值90度时判定障碍物会阻碍运动机器会旋转定角度避免障碍物发生碰撞机器散布障碍物环境超目标运动程中环境复杂性面诸通道太狭窄者型障碍物等特殊情况情况机器法继续运动导致务法完成时机器处死锁状态摆脱状态机器应身运动方加机扰动通运动方机偏转促机器脱离死锁状态
文研究台移动机器QbotQbot加Quanser公司推出种新型面移动机器Qbot 具线通信功身携带电池实现缆化操作次充电机器连续运行2时Qbot 加Quanser公司提出种移动设备解决方案移动台Create控制模块(Quanser Controller Module QCM)两部分组成Qbot移动台采美国iRobot公司生产Create控制模块 QCM 安装移动台嵌入式系统车载位机 GumstixQbot 数采集卡(Qbot data acquisition card QAC)组成位机美国Gumstix公司生产Verdexpro XL6PXL6P母板直接 Qbot数采集卡QAC连接Qbot数采集卡 Quanser公司研发数采集卡连接种传感器执行器
Qbot移动机器分层体系结构Create层控制台Create 开放扩展机器台身套完整机器开发工具包户提供开放接口(Open Interface OI)Create开放接口分电气接口软件接口电气接口包括7引脚MiniDIN接口(MiniDIN Connecter)位载物仓DB25扩展接口(Cargo Bay Connecter)MiniDIN接口串口通信载程序利扩展口Cargo Bay Connecter引脚户安装传感器设备扩展接口够串口通信引脚
Qbot拥牢固机械底盘丰富传感器传感器Qbot完成基定位避障保护等功
二研究基容拟解决问题：
文研究课题基行机器编队算法研究实现
（1）研究基容：
1熟悉MATLAB编程
2掌握机器编队行
3学机器运作台
4掌握参数调整方法
（2）拟解决问题：
1实现机器编队
2根行调整机器算法
3编程实现机器算法运作
三研究步骤方法措施：
1学机器台首先初步解Quanser Qbot次学
运行台必须解熟悉掌握
2 MATLAB仿真运行机器时首先必须进行离线仿真仿真方
台运行仿真时参数修改调整显尤重
3编程实现仿真成功编程编控制算法检测错误
台运行进实现机器移动行方式逐改变测试
四研究工作进度：
序号
时间
容
1
9月25日 – 10月10
开展课题调研文献查阅工作
2
10月11日 – 10月30
准备开题报告
3
10月31日
开题答辩
4
11月1日– 11月15日
算法设计
5
11月16日
中期检查
6
11月17日–11月30日
算法编程实验验证
7
12月1日–12月17
撰写毕业文
8
12月18日–1月3日
毕业文修改
9
1月4日–1月7日
答辩
五参考文献：
[1] 杨东勇机器协作学进化方法[D]浙江学2005
[2] 杨甜甜刘志远陈虹裴润移动机器编队控制现状问题[J]智系统
报20078
[3] 俞辉智体机器协调控制研究稳定性分析华中科技学2007
[4] K H AT IB Real time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots
[J]Interntional Journal of Robotics Research 1986 5 ( 1) 290 298
[5] 真陆宇刘燕斌基虚拟结构分布式编队控制方法[J]应科学学
报20074
[6] BalchT ArkinRCBehavior based formation control formulti robot teams [ J ]
IEEET ransactions on Robotics and Automation 1998 14( 6 )926 939
[7] 雷艳敏冯志彬宋继红基行机器编队控制仿真研究[J]长春
学学报20088
[8] 李彦刚机器躲避静态障碍物路径规划模型[J]动化仪器仪表
20132
六指导教师审核意见：
指导教师签字：
年 月 日
七教研室评议意见：
教研室签字：
年 月 日
八开题组评审意见：
开题组负责签字：
年 月 日
九系领导审核意见：
1．通 2．完善通 ３．未通
系领导签字：
年 月 日
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毕业设计（文）开题报告
题 目
基行机器编队算法研究实现
系
动 控 制
专 业
动 化
姓 名
费易明
班 级
10092812
学 号
10928219
指导教师
柏建军
综述课题国外研究动态说明选题意义
机器技术发展科学技术发展综合性结果时社会济发展产生重影响发展功二次世界战期间国加强国济发展加济投入说日战开始进行汽车工业力缺乏迫切需种机器进行批量制造提高生产效率降低劳动强度社会发展需求身需求方面生产力发展需求必然结果时类身发展结果类发展着类社会发展情况越越断深入探讨然探讨中断改造认识产生否种新东西代类事复杂繁重体力劳动实现类达世界认识改造产生机器说单机器工作力限完成较复杂务逐渐机器合作完成单机器法完成务机器协作
[1]优越性愈发成国外研究热点课题机器编队中典型性问题研究协作问题基础许领域广泛运尤军事领域例航空航天机编队飞行水航行器编队航行等谓编队控制指机器达目程中保持某种队形时适应环境控制技术[2]机器间保持定队形具许优点空间结果中特定队形实现充分效完成务缩短机器执行务时间降低成提高系统工作效率充分获环境信息增强抵抗外界进攻力提高鲁棒性等
目前实现编队控制方法种：基行法工势场法领航法虚结构法循环法MPC方法分布式控制[2]等等基行法控制器系列行组成行着目标机器具竞争性目标时容易出控制策略缺点法明确指出达整体行局部控制规队形控制稳定性[3]难保证工势场法通设计工势场势场函数表示环境队形中机器间约束关系基础进行分析控制Khatib[4]1986年提出工势场法基思想机器虚拟力场中运动障碍物斥力势场包围产生排斥力机器障碍物距离关系变化工势场法计算简单便实时控制尤处理障碍物空间避碰问题势场函数设计较困难领航法基思想机器组成群体中某机器指定领航者余作者者定距离间隔踪领航机器位置方方法进行拓展研究指定领航者指定领航者虚结构法应飞行器造卫星编队飞行控制中类方法特点机器间保持定形状形成刚性结构虚拟结构[5]循环法针带方性图形结构队形宇领航发类似具分级非线性MPC理目前已较成熟分布式控制针集中控制足提出分布控制2类设计思想类子系统身局部控制器出发考虑关联作影响设计保证整闭环系统稳定控制器类包含全部关联总系统出发结构约束控制器设计系统局部控制器分布式控制独立考虑机器特性具较强灵活性鲁棒性完成务高效性容错力等优点缺点设计复杂困难闭环系统稳定性难保证
次研究基行机器编队算法控制面具体详细描述基行法BalchArkin首先提出基行控制方法[6]基行控制方法通机器基行局部控制规设计机器产生需整体行局部控制器系列行组成机器基行方式行方式目标务机器行种奔目标行(movetogoal behavior )保持队形行( keepformation)躲避静态障碍物行 (avoidstasticobstacle) 躲避机器行( avoidrobot)机行(random)[7]面具体介绍种行保持队形行follow基leader发送步位置信息计算出理想队形位置机器系统中障碍物分静态障碍物
[8]动态障碍物里考虑静态障碍物情况机器传感器检测静态障碍物避碰区域机器前运动方机器障碍物连线间角度差绝值90度时判定障碍物会阻碍运动机器会旋转定角度避免障碍物发生碰撞机器散布障碍物环境超目标运动程中环境复杂性面诸通道太狭窄者型障碍物等特殊情况情况机器法继续运动导致务法完成时机器处死锁状态摆脱状态机器应身运动方加机扰动通运动方机偏转促机器脱离死锁状态
文研究台移动机器QbotQbot加Quanser公司推出种新型面移动机器Qbot 具线通信功身携带电池实现缆化操作次充电机器连续运行2时Qbot 加Quanser公司提出种移动设备解决方案移动台Create控制模块(Quanser Controller Module QCM)两部分组成Qbot移动台采美国iRobot公司生产Create控制模块 QCM 安装移动台嵌入式系统车载位机 GumstixQbot 数采集卡(Qbot data acquisition card QAC)组成位机美国Gumstix公司生产Verdexpro XL6PXL6P母板直接 Qbot数采集卡QAC连接Qbot数采集卡 Quanser公司研发数采集卡连接种传感器执行器
Qbot移动机器分层体系结构Create层控制台Create 开放扩展机器台身套完整机器开发工具包户提供开放接口(Open Interface OI)Create开放接口分电气接口软件接口电气接口包括7引脚MiniDIN接口(MiniDIN Connecter)位载物仓DB25扩展接口(Cargo Bay Connecter)MiniDIN接口串口通信载程序利扩展口Cargo Bay Connecter引脚户安装传感器设备扩展接口够串口通信引脚
Qbot拥牢固机械底盘丰富传感器传感器Qbot完成基定位避障保护等功
二研究基容拟解决问题：
文研究课题基行机器编队算法研究实现
（1）研究基容：
1熟悉MATLAB编程
2掌握机器编队行
3学机器运作台
4掌握参数调整方法
（2）拟解决问题：
1实现机器编队
2根行调整机器算法
3编程实现机器算法运作
三研究步骤方法措施：
1学机器台首先初步解Quanser Qbot次学
运行台必须解熟悉掌握
2 MATLAB仿真运行机器时首先必须进行离线仿真仿真方
台运行仿真时参数修改调整显尤重
3编程实现仿真成功编程编控制算法检测错误
台运行进实现机器移动行方式逐改变测试
四研究工作进度：
序号
时间
容
1
9月25日 – 10月10
开展课题调研文献查阅工作
2
10月11日 – 10月30
准备开题报告
3
10月31日
开题答辩
4
11月1日– 11月15日
算法设计
5
11月16日
中期检查
6
11月17日–11月30日
算法编程实验验证
7
12月1日–12月17
撰写毕业文
8
12月18日–1月3日
毕业文修改
9
1月4日–1月7日
答辩
五参考文献：
[1] 杨东勇机器协作学进化方法[D]浙江学2005
[2] 杨甜甜刘志远陈虹裴润移动机器编队控制现状问题[J]智系统
报20078
[3] 俞辉智体机器协调控制研究稳定性分析华中科技学2007
[4] K H AT IB Real time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots
[J]Interntional Journal of Robotics Research 1986 5 ( 1) 290 298
[5] 真陆宇刘燕斌基虚拟结构分布式编队控制方法[J]应科学学
报20074
[6] BalchT ArkinRCBehavior based formation control formulti robot teams [ J ]
IEEET ransactions on Robotics and Automation 1998 14( 6 )926 939
[7] 雷艳敏冯志彬宋继红基行机器编队控制仿真研究[J]长春
学学报20088
[8] 李彦刚机器躲避静态障碍物路径规划模型[J]动化仪器仪表
20132
六指导教师审核意见：
指导教师签字：
年 月 日
七教研室评议意见：
教研室签字：
年 月 日
八开题组评审意见：
开题组负责签字：
年 月 日
九系领导审核意见：
1．通 2．完善通 ３．未通
系领导签字：
年 月 日
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