动态环境中多机器人任务分配与路径规划

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1、学校代号10532学号S150900759分类号TP242密级公开硕士学位论文动态环境中多机器人任务分配与路径规划学位申请人姓名张飞培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称孙炜教授学科专业控制科学与工程研究方向多机器人协作论文提交日期2018年04月16日学校代号：10532学号：S150900759密级：公开湖南大学硕士学位论文动态环境中多机器人任务分配与路径规划学位申请人姓名：张飞导师姓名及职称：孙炜教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：控制科学与工程论文提交日期：2018年4月16号论

2、文答辩日期：2018年5月23日答辩委员会主席：刘小燕教授Multi-robotTaskAssignmentandPathPlanninginDynamicEnvironmentbyZHANGFeiB.E.(XiangtanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinControlScienceandEngineeringintheG

3、raduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorSUNWeiApril,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有

4、关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□√。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I动态环境中多机器人任务分配与路径规划摘要与单机器人系统相比，多机器人系统有着更好的鲁棒性、经济性、以及可扩展

5、性。目前，多机器系统主要被应用在智能制造、巡防监测、搜索救援以及运输物流等诸多领域。多机器人系统存在许多值得研究的问题，这其中任务分配与路径规划就是该领域中一个热点和难点问题。本文针对动态环境中多机器人任务分配与路径问题展开了深入的研究。在实际的多机器人任务分配与路劲规划问题中，多机器人的工作环境往往是动态的，例如任务位置发生了移动、障碍位置发生了变化、机器人出现了故障等等突发情况。传统的任务分配与路径规划算法往往对这类问题无能为力或者即使能解决但实时性无法保证。基于自组织映射SOM(self-

6、organizingmap)的任务分配与路径规划算法得益于SOM网络良好的自组织性、自学习性以及自适应性能够很好地解决动态环境中多机器人的任务分配与路径规划问题。该算法可以在分配任务的同时为每个机器人规划出一条可行的路径。传统SOM的任务分配算法存在输出神经元震荡现象，该现象会导致算法的迭代次数过多甚至会导致算法陷入死循环的可能。不仅如此，还会使得算法规划出的路径变得充满转折。针对输出神经元震荡现象，本文提出了一种锁定机制来避免该现象。通过锁定机制的胜者无邻居以及最小代价两个条件，机器人可以动态

7、地锁定某个任务。这种锁定有一定的收敛性，系统中的每个机器人最终会锁定一个任务从而避免输出神经元震荡现象。实验结果表明锁定机制能够在改善分配代价的前提下显著地减小算法的迭代次数，避免了输出神经元震荡现象。为了解决障碍环境中多机器人的任务分配与路径规划问题，在本文中将SOM任务分配算法、锁定机制以及人工势场融合起来。一方面锁定机制能够保证为各机器人规划出的路径非常平滑，另一方面人工势场可以保证机器人在行进的过程中能够灵活地避开障碍物。在传统算法中，任务分配与路径规划往往是分成两步进行的，这就意味着当

8、环境中一些任务、机器人或者障碍发生变动时，任务分配与路径规划需要重新被执行，这会导致算法的实时性不是很好。在本文提出的算法中，任务分配和路径规划与机器人是同步的，算法可以实时的对环境和机器人的变动做出实时反应。为了证明本文提出的算法的有效性和可靠性，进行了丰富的实验。实验结果表明不论是在静态环境中还是在动态环境中，本文提出的算法均能够在为每个机器人合力分配任务的同时为每个机器人规划出一条平滑且无碰撞的安全路径。关键词：任务分配；多机器人；路径规划；动态环境；锁定机制；人工势场II硕士学位论文Ab