基于视觉的自主导航机器人跟随编队策略研究与实现

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近年来,自主导航机器人技术不断发展和普及,已被应用于物流、安防等众多领域。但单个自主导航机器人完成任务的能力有限,在实际应用中,一个协同合作的多自主导航机器人系统具有更大的优势。传统的多机器人编队策略是通过一系列通信算法和集中式控制的方法,实现多个机器人间的信息共享与协同合作。但现有的通信方式都不可避免的存在时延问题,集中式控制的方法则容易造成指挥混乱或编队崩溃。随着传感器技术的发展和机器视觉识别能力的提升,视觉传感器已被越来越多地应用于自主导航机器人系统,基于视觉的多机器人协作将成为新趋势,同时,分布式控制的方法也成为研究热点。本文以大型有人仓库场景为例,提出了一种基于视觉传感器实现多自主导航机器人跟随编队的策略。该策略不依赖于通信机制,采用分布式控制方法实现机器人间的协同合作,编队队形为线形,队伍中的每个机器人单元都具有感知、驱动、建图与定位、行为决策、路径规划、目标跟随等能力。每个机器人单元都能够通过视觉传感器观察其前方领航者及后方跟随者,能够判断自身在编队中所处的状态并进行决策,切换相应的行为。同时,本文通过分析大型有人仓库场景存在的问题,设计实现了两辆基于ROS的自主导航机器人(两个以上机器人的编队情况将在后续工作中验证),并针对该场景下地面障碍物密集的问题,设计了基于动态窗口法的避障策略,使机器人能够在多种常见情况下逃脱障碍;针对该场景下货物位置变动大的问题,采用相对定位与绝对定位结合的组合定位方法,实时获取机器人位姿。在ROS仿真环境及真实环境中的测试结果表明,本文所述基于视觉的自主导航机器人跟随编队策略可以有效实现编队。自主导航机器人在实际场景中独立运行的可靠性高,机器人单元间可顺利进行协同合作,但仍需进一步测试来优化协同合作的可靠性。
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