【摘 要】
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自然界中广泛存在着生物的集群行为,学术界研究这些生物个体之间的协作机制,并总结为集群算法在机器人平台上实现,希望将其应用在实际场景中以提高工作效率。集群算法通常要求机器人具备感知、定位、通信等功能,而现有的群机器人平台存在机器人感知范围小、定位依赖外部设备、通信范围小且不可靠、无法应用于室外等不足。针对这些不足,本文设计并实现了分布式自主集群机器人实验平台,设计的机器人具有自主移动、群体内通信、相
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自然界中广泛存在着生物的集群行为,学术界研究这些生物个体之间的协作机制,并总结为集群算法在机器人平台上实现,希望将其应用在实际场景中以提高工作效率。集群算法通常要求机器人具备感知、定位、通信等功能,而现有的群机器人平台存在机器人感知范围小、定位依赖外部设备、通信范围小且不可靠、无法应用于室外等不足。针对这些不足,本文设计并实现了分布式自主集群机器人实验平台,设计的机器人具有自主移动、群体内通信、相对定位、环境感知等功能模块。本文对各个功能模块都进行了设计与实现,主要工作如下:（1）针对机器人自主移动的功能需求,设计了充电与驱动电路板,负责驱动机器人上搭载的减速电机;此外,为保证续航能力,机器人使用锂电池组供电,锂电池的充电管理电路也设计在该电路板上。（2）设计了导航控制板,该电路板上搭载了UWB模块,用于集群内的通信,同时,使用该模块构建了集群内的测距网络,实现了机器人之间的两两测距;此外,该电路板还负责电机的转速控制和集群算法的运行。（3）针对机器人相对定位的功能需求,为机器人设计了相对定位电路板,该电路板通过UWB的PDOA技术实现对其他机器人相对方位的测量,配合导航控制板上的测距结果,实现了对其他机器人的相对定位。（4）为了实现机器人对周围环境的感知,基于Open MV设计了环境感知板,该电路板负责测量环境中障碍物的边界与机器人自身的相对距离。（5）基于实时操作系统对各个功能模块进行了软件实现,最终在导航控制板上为集群算法提供了API函数,使其可以方便地使用机器人平台提供的各项功能。（6）为了对机器人各项功能进行测试,设计了一个环航编队算法,将其运行于本文设计的机器人平台,实验结果说明了机器人各模块均可正常工作。
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