本書對移動機器人及其協調控制系統進行了統一論述。第1章綜合論述了移動機器人的感知與定位理論及技術。第2章闡述了移動機器人的運動控制理論及硬體驅動技術，建立了移動機器人的數學模型。第3章對移動機器人協調控制的基礎理論加以分類描述，作為其後移動機器人協調控制的研究基礎。第4章至第6章從剛性編隊控制、基於勢場原理的群集運動控制算法及分級智慧型體結構多任務協調控制等不同角度介紹了幾類移動機器人協調控制系統實例，並以目前廣泛關注的物聯網技術為基礎，探討了物聯網環境下的移動機器人協調控制原理及其初步套用。本書可作為移動機器人結構及多機器人學系統設計方法學相關學者的參考書，也可以供控制及機器人等相關專業的研究生研讀。
基本介紹
- 書名：移動機器人系統及其協調控制
- 出版社：華中科技大學出版社
- 頁數：142頁
- 開本：16
- 品牌：華中科技大學出版社
- 作者：程磊
- 出版日期：2014年3月1日
- 語種：簡體中文, 英語
- ISBN：9787560996127
基本介紹,內容簡介,作者簡介,圖書目錄,序言,
基本介紹
內容簡介
《移動機器人系統及其協調控制》可作為移動機器人結構及多機器人學系統設計方法學相關學者的參考書，也可以供控制及機器人等相關專業的研究生研讀。
作者簡介
程磊，男，博士研究生，武漢科技大學信息科學與工程學院副教授，。
圖書目錄
1移動機器人感知與定位
1.1移動機器人環境感知
1.1.1距離感知
1.1.2機器視覺
1.1.3機器嗅覺
1.1.4感知信息融合
1.2移動機器人定位
1.2.1自定位
1.2.2同步定位與構圖
2移動機器人控制
2.1數學模型及分析
2.2虛擬力控制
2.3運動規劃
2.4基於行為的控制技術
2.5驅動系統
3移動機器人協調控制基礎
3.1協調控制理論研究
3.1.1分散式控制算法
3.1.2分散式人工智慧方法
3.2移動機器人通信
3.3基於智慧型體通信架構的協調控制系統
3.3.1智慧型體內部結構
3.3.2基於通信的運動協調系統架構
3.3.3基於通信的協調避碰機制
4移動機器人剛性編隊控制
4.1基於l—φ閉環控制律的移動機器人剛性編隊
4.1.1leader—follower剛性編隊的穩定性分析
4.1.2移動機器人剛性編隊實驗的軟體及硬體實現
4.2引入勢點的剛性編隊
4.3面向l—φ閉環控制律的多機器人避障算法
4.4面向剛性編隊的容錯控制
4.4.1隊形分級圖
4.4.2容錯隊形重構
5移動機器人群集運動控制
5.1基於勢場原理的移動機器人群集運動
5.1.1無leader群集運動
5.1.2有序化群集運動
5.1.3基於“最小穩定時間”的群集運動性能分析
5.1.4仿真與實驗
5.2移動機器人協調避障
5.2.1多移動機器人群集運動中的聯合勢場法避障算法
5.2.2融合沿牆行為的多移動機器人避障運動
5.2.3基於Backstepping的多移動機器人群集運動系統
6網路化移動機器人協同工作控制
6.1移動機器人分層協調控制結構
6.2移動機器人分層協調控制系統實驗研究
6.2.1實驗設計
6.2.2基於勢點的多移動機器人協調圍捕/攔截策略
6.2.3實驗
6.3物聯網環境下的多移動機器人協調控制
6.3.1物聯網技術概述
6.3.2物聯網環境下的多移動機器人群集運動系統
6.3.3物聯網環境下的多移動機器人協作環境探索
6.3.4小結
1.1移動機器人環境感知
1.1.1距離感知
1.1.2機器視覺
1.1.3機器嗅覺
1.1.4感知信息融合
1.2移動機器人定位
1.2.1自定位
1.2.2同步定位與構圖
2移動機器人控制
2.1數學模型及分析
2.2虛擬力控制
2.3運動規劃
2.4基於行為的控制技術
2.5驅動系統
3移動機器人協調控制基礎
3.1協調控制理論研究
3.1.1分散式控制算法
3.1.2分散式人工智慧方法
3.2移動機器人通信
3.3基於智慧型體通信架構的協調控制系統
3.3.1智慧型體內部結構
3.3.2基於通信的運動協調系統架構
3.3.3基於通信的協調避碰機制
4移動機器人剛性編隊控制
4.1基於l—φ閉環控制律的移動機器人剛性編隊
4.1.1leader—follower剛性編隊的穩定性分析
4.1.2移動機器人剛性編隊實驗的軟體及硬體實現
4.2引入勢點的剛性編隊
4.3面向l—φ閉環控制律的多機器人避障算法
4.4面向剛性編隊的容錯控制
4.4.1隊形分級圖
4.4.2容錯隊形重構
5移動機器人群集運動控制
5.1基於勢場原理的移動機器人群集運動
5.1.1無leader群集運動
5.1.2有序化群集運動
5.1.3基於“最小穩定時間”的群集運動性能分析
5.1.4仿真與實驗
5.2移動機器人協調避障
5.2.1多移動機器人群集運動中的聯合勢場法避障算法
5.2.2融合沿牆行為的多移動機器人避障運動
5.2.3基於Backstepping的多移動機器人群集運動系統
6網路化移動機器人協同工作控制
6.1移動機器人分層協調控制結構
6.2移動機器人分層協調控制系統實驗研究
6.2.1實驗設計
6.2.2基於勢點的多移動機器人協調圍捕/攔截策略
6.2.3實驗
6.3物聯網環境下的多移動機器人協調控制
6.3.1物聯網技術概述
6.3.2物聯網環境下的多移動機器人群集運動系統
6.3.3物聯網環境下的多移動機器人協作環境探索
6.3.4小結
序言
機器人學是一門綜合性學科，涉及仿生學、機械學、力學、材料學、計算機和控制學等多門學科，移動機器人是一種由感測器、遙控操作器和自動控制的移動載體組成的機器人系統。移動機器人具有移動功能，在代替人從事危險、惡劣（如輻射、有毒等）環境下作業和人所不及的（如宇宙空間、水下等）環境作業方面，比一般機器人有更大的機動性、靈活性，已成為國內外機器人學的熱點研究問題。
同時，機器人協調控制亦是機器人學發展的一個新方向。一方面，由於某些任務的複雜性，單個機器人會因為自身有限的能力而無法完成全部的工作，在這種情況下，多個機器人可以通過相互之間的協調共同完成任務。另一方面，通過多機器人間的協調，可以提高機器人系統的作業效率。在多機器人系統的研究中，多移動機器人系統的協調控制始終是一個熱點主題，也是該領域中一個基礎性的研究方向。
本書的特點是對移動機器人及其協調控制系統進行了統一論述，以筆者近年來在相關領域的研究結果為基礎，對移動機器人方向的理論基礎和實現技術進行了合理歸納和分析探討，內容豐富實用、簡明扼要。從內容的組織上，本書既可為移動機器人研究人員提供借鑑，亦可成為高年級本科生及研究生在相關課程教學中的綜合性教材。
全書研究內容分為移動機器人本體與移動機器人協調控制兩部分，共6章，各章節內容概述如下：
第1章綜合論述了移動機器人的感知與定位理論及技術，包括基於距離感測器的環境感知、機器視覺、機器嗅覺及感知信息融合技術；在此基礎上，介紹了機器人的定位方法，包括自定位技術、同步定位與構圖技術（SLAM）。
第2章論述了移動機器人的運動控制理論及硬體驅動技術，建立了移動機器人的數學模型，探討了一般智慧型體與移動機器人之間的控制轉換方法，並對機器人運動規劃、基於行為的運動控制等關鍵技術進行了闡述，實現可控的移動機器人運行。
第3章對移動機器人協調控制的基礎理論加以分類描述，並以移動機器人之間的通信機制為基礎，引入基於智慧型體構架的移動機器人協調控制理念，具體介紹了智慧型體內部結構、運動協調系統構架及多個體協調避碰機制，其後的移動機器人協調控制研究均以此為基礎展開。
第4章至第6章從不同角度介紹了幾類移動機器人協調控制系統實例。第4章研究了基於l-φ閉環控制律的移動機器人剛性編隊控制系統及其改進算法，對剛性編隊的leader-follower基本穩定性問題進行分析與綜合，並論述了面向l-φ閉環控制率的多機器人避障算法，最後對多移動機器人運動協調中的容錯控制問題進行了初步探討。
第5章闡述了基於勢場原理的移動機器人群集運動控制算法及其性能評價方法，並對未知環境下的移動機器人群集運動協調避障問題提出了相應的解決方案。
第6章概括介紹了網路化機器人協同工業控制,包括移動機器人多任務協調控制以及物聯網環境下的多移動機器人協調控制，並以“無人戰車協同作戰”實例來說明基於分級智慧型體結構的多任務協調控制系統的設計與實現過程，其中包含了基於“勢點”的多移動機器人協調圍捕/攔截策略的描述。另外，以目前廣泛關注的物聯網技術為基礎，探討了物聯網環境下的移動機器人協調控制原理及其初步套用。將移動機器人協調控制理論與物聯網系統相結合，是一個新的研究方向，有著十分重要的理論意義和實踐價值。
本書集中了筆者在華中科技大學和武漢科技大學從事移動機器人研究的一點心得，是在筆者博士論文的基礎上，融合了部分現有工作成果，進一步整理和發展而來的。移動機器人及其協作理論飛速發展，筆者的工作僅僅是對這方面的粗淺嘗試，許多內容尚需完善，不妥和描述不周之處在所難免，還望專家不吝批評指正，也衷心希望筆者的工作能起到拋磚引玉的作用，為更多讀者的研究提供一些有益的借鑑。
作 者
2013年12月
同時，機器人協調控制亦是機器人學發展的一個新方向。一方面，由於某些任務的複雜性，單個機器人會因為自身有限的能力而無法完成全部的工作，在這種情況下，多個機器人可以通過相互之間的協調共同完成任務。另一方面，通過多機器人間的協調，可以提高機器人系統的作業效率。在多機器人系統的研究中，多移動機器人系統的協調控制始終是一個熱點主題，也是該領域中一個基礎性的研究方向。
本書的特點是對移動機器人及其協調控制系統進行了統一論述，以筆者近年來在相關領域的研究結果為基礎，對移動機器人方向的理論基礎和實現技術進行了合理歸納和分析探討，內容豐富實用、簡明扼要。從內容的組織上，本書既可為移動機器人研究人員提供借鑑，亦可成為高年級本科生及研究生在相關課程教學中的綜合性教材。
全書研究內容分為移動機器人本體與移動機器人協調控制兩部分，共6章，各章節內容概述如下：
第1章綜合論述了移動機器人的感知與定位理論及技術，包括基於距離感測器的環境感知、機器視覺、機器嗅覺及感知信息融合技術；在此基礎上，介紹了機器人的定位方法，包括自定位技術、同步定位與構圖技術（SLAM）。
第2章論述了移動機器人的運動控制理論及硬體驅動技術，建立了移動機器人的數學模型，探討了一般智慧型體與移動機器人之間的控制轉換方法，並對機器人運動規劃、基於行為的運動控制等關鍵技術進行了闡述，實現可控的移動機器人運行。
第3章對移動機器人協調控制的基礎理論加以分類描述，並以移動機器人之間的通信機制為基礎，引入基於智慧型體構架的移動機器人協調控制理念，具體介紹了智慧型體內部結構、運動協調系統構架及多個體協調避碰機制，其後的移動機器人協調控制研究均以此為基礎展開。
第4章至第6章從不同角度介紹了幾類移動機器人協調控制系統實例。第4章研究了基於l-φ閉環控制律的移動機器人剛性編隊控制系統及其改進算法，對剛性編隊的leader-follower基本穩定性問題進行分析與綜合，並論述了面向l-φ閉環控制率的多機器人避障算法，最後對多移動機器人運動協調中的容錯控制問題進行了初步探討。
第5章闡述了基於勢場原理的移動機器人群集運動控制算法及其性能評價方法，並對未知環境下的移動機器人群集運動協調避障問題提出了相應的解決方案。
第6章概括介紹了網路化機器人協同工業控制,包括移動機器人多任務協調控制以及物聯網環境下的多移動機器人協調控制，並以“無人戰車協同作戰”實例來說明基於分級智慧型體結構的多任務協調控制系統的設計與實現過程，其中包含了基於“勢點”的多移動機器人協調圍捕/攔截策略的描述。另外，以目前廣泛關注的物聯網技術為基礎，探討了物聯網環境下的移動機器人協調控制原理及其初步套用。將移動機器人協調控制理論與物聯網系統相結合，是一個新的研究方向，有著十分重要的理論意義和實踐價值。
本書集中了筆者在華中科技大學和武漢科技大學從事移動機器人研究的一點心得，是在筆者博士論文的基礎上，融合了部分現有工作成果，進一步整理和發展而來的。移動機器人及其協作理論飛速發展，筆者的工作僅僅是對這方面的粗淺嘗試，許多內容尚需完善，不妥和描述不周之處在所難免，還望專家不吝批評指正，也衷心希望筆者的工作能起到拋磚引玉的作用，為更多讀者的研究提供一些有益的借鑑。
作 者
2013年12月
