随着人工智能和自动化技术的迅猛发展,机器人正广泛应用于人类的生产和生活当中。与单体机器人相比,机器人群体具有鲁棒性、并行性和分布性等优势,并且通过机器人间的相互协同,机器人群体往往能够明显提升任务性能。而机器人群体协同涉及大量数据和控制信息的交换,因而对无线通信质量提出了较高的要求。对于机器人群体而言,提升通信性能的方法可以分为两个方面。一方面,基于传统通信规划技术,可以显著提升机器人群体的通信质量;另一方面,机器人可利用其移动性主动改善当前的信道质量,进而提升通信性能,但该行为也可能会造成性能的损失,例如,额外的运动能耗等。因此,综合利用机器人群体的通信资源和运动资源进行通信运动联合规划对提升任务性能具有重要意义。本文针对机器人群体的通信运动联合规划问题展开研究,主要内容及创新点包括:·设计了面向机器人群体的通信运动联合规划问题的求解框架(第二章)本文首次对机器人群体中的通信运动联合规划问题进行阐述和分析。应用认知环和机器人行为模型,抽象并设计了通信运动联合规划问题的求解框架。基于博伊德OODA循环思想,将求解框架分为环境感知、性能评估、联合规划和策略执行四个阶段,并对每个阶段的功能进行了明确的划分和详细设计。该研究成果可以为求解机器人群体应用场景中的通信运动联合规划问题提供一种方法学的指导,有助于研究人员根据自身需求实现快速、高效的系统开发。·提出了面向无先验任务信息的通信运动联合规划问题求解方法(第三章)本文对未知环境下的机器人巡逻场景展开研究,在该场景中,一支机器人编队负责对一片未知区域执行巡逻任务,并通过中继机器人将感知数据发送回远程基站。在该场景中,为了最小化机器人群体的总能耗,同时保证巡逻机器人与基站之间的通信链路质量,中继机器人需要根据巡逻机器人的运动自主调整自身位置以满足任务需求。该场景涉及机器人发射功率和运动轨迹的联合规划。我们首先根据端到端包错误率推导出中继机器人和巡逻机器人的渐近最优发射功率闭式表达式。然后,基于第二章提出的求解框架,我们对该场景下的通信运动联合规划问题进行分析、建模和求解。接着,我们考虑了一种更为普适的场景,在此场景中,巡逻机器人可以充分利用自身感知能力,对任务性能进一步优化。我们对不同配置下的场景进行模拟,结果表明,与仅优化通信能耗的基准测试相比,通信运动联合规划方法可以显著提升机器人群体的性能。·提出了面向有先验任务信息的通信运动联合规划问题求解方法(第四章)在有先验任务信息的机器人群体应用场景中,我们关注如何通过对通信资源和运动资源的合理规划,使系统可以获得最优的长期性能指标。我们选择机器人群体的信道容量作为长期性能指标,并选取两类代表性问题展开研究:有限时长问题和无限时长问题。在有限时长问题中,我们选取一个多UAV场景为研究对象。在该场景中,我们基于动态规划方法对中继UAV的最优轨迹进行求解,并证明了该方法的有效性。在无限时长问题中,我们针对异构机器人中继系统的长期性能优化问题展开研究。为了解决动态规划的“维度爆炸”问题,我们基于近似动态规划理论,采用特征提取、函数近似和状态空间采样等近似方法对规划算法的计算时间和空间复杂度进行优化,并通过与动态规划和贪婪算法对比,证明了该方法的有效性。·提出了基于硬件环境感知的通信运动联合规划问题求解方法(第五章)基于理论参数的信道模型往往不能对具体场景的信道质量进行准确描述。因此,我们考虑基于实测数据对信道进行建模。当前,实测信道建模方法大致可分为两种:基于模型的概率信道建模方法和基于插值的频谱环境地图建模方法。首先,对于第一种建模方法,我们基于软件定义无线电平台GNU Radio及外设USRP,依托ROS平台设计并实现了自主环境感知硬件平台,该平台可实现对室内空间中不同频段信道质量的自动采集;接着,我们基于实测数据对信道进行建模,并通过利用机器人群体在频域、空域和时域的资源,对机器人群体的吞吐率展开优化;最后,考虑到频谱环境的时变性,我们提出了一种基于实际衰落信道的通信运动联合规划方法,该方法可以充分利用信道的衰落特性,对系统吞吐率实现进一步提升。另一方面,我们基于Microhard P900模块对频谱环境地图建模方法展开研究,并在此基础上对机器人室内巡逻场景中的通信延迟和可靠性问题进行讨论。通过对问题的深入分析,我们提出了带剪枝和连通性判断的高效巡逻路径规划算法,实验证明该方法可在满足通信延迟和可靠性要求的基础上,大幅提升最优路径搜索的效率。