自主机器人分布式结构及运动规划

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系统结构是智能机器人研究的重要组成部分,近年来国内外学者已经提出了若干信患流方向固定的模型。事实上,智能机器人是一类复杂的非常规系统,很难要求某种固定的结构模型能包含所有的需求。本文根据分布式人工智能(DAI)有关多智能体系统(MAS)的基本概念提出一种分布式结构,该结构由一系列并列的功能单元组成,单元之间通过消息进行协调,系统的整体功能由这些单元的并发运行来实现。该结构只要求各单元具有消息发布和响应能力,不同结构的单元可以在同一系统中运行。通过消息的响应和屏蔽可以改变系统的运行结构,实现不同模型之间的转换。本文的主要理论工具是基于有限自动机的离散事件动态系统监控理论。本文在该理论的指导下创建了一个离散事件动态系统的构造性体系。提出并论证了基本结构、扩展结构的能控性及监控器存在性;提出并论证了由基本结构和扩展结构经有限次组合所构成的单元结构要保持一致性、能控性和监控器存在性所必须满足的三类条件;提出对应共些特定控制指标和若干典型约束的监控器原形并论证了其有效性;提出并论证了监控器叠加条件。在这些工作的基础上,提出了分布式控制系统的构造方法。本文提出的构造性体系从根本上摆脱了状态组合和计算复杂性所带来的不利影响,保留了理论的指导性作用。本文以一个机器人运动控制系统为例进行分布式系统结构的研究,提出了一种有指导的全局规划方法,该方法集局部规划的灵活敏捷与全局规划的完整可靠于一体,可以嵌入多种全局规划框架下运行。本文把自主车及安装于其上的操作手作为一个整体来研究,把机器人在作业过程中所受到的终端约束与轮子和地面接触的非完整约束结合起来考虑,得到了机器人整体运动参数有解的条件,研究了整体运动参数求解方法并通过实例计算进行了验证。本文采用上述的分布式系统框架,按照上述构造性方法建立了一个由任务单元、视觉单元、规划单元和驱动单元组成的简化的移动机器人运动控制仿真系统。仿真结果表明本文的研究成果是正确的,有效的。
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