1  緒論

1.1  概述

1.2  多機器人編隊控制研究方法與發展動態

1.2.1  多機器人編隊控制方法

1.2.2  多機器人編隊控制發展動態

1.3  基於純角度觀測信息的多機器人編隊控制研究現狀

1.4  本書主要研究內容

1.5  本章小結

2  基於純角度觀測信息的多機器人編隊控制方法

2.1  編隊控制策略

2.2  機器人領航-跟隨編隊控制及其可觀測性

2.2.1  “1-1”機器人領航-跟隨運動模型

2.2.2  李導數及機器人領航-跟隨非線性繫統可觀測性

2.3  基於UKF的輸入-輸出狀態反饋閉環控制

2.3.1  UKF算法

2.3.2  輸入-輸出狀態反饋閉環控制

2.4  仿真實驗與結果分析

2.4.1  實驗條件

2.4.2  結果分析

2.5  實驗驗證

2.5.1  Turtlebot移動機器人實驗平臺

2.5.2  Turtlebot移動機器人操作繫統

2.5.3  實驗方案

2.5.4  領航機器人做類S形運動實驗

2.5.5  領航機器人做圓形運動實驗

2.6  本章小結

3  基於純角度觀測信息的多機器人級聯編隊控制方法

3.1  “1-1-1”機器人領航-跟隨運動模型

3.2  多機器人級聯領航-跟隨繫統可控性

3.3  多機器人級聯領航-跟隨繫統可觀測性

3.4  多機器人級聯領航-跟隨編隊控制

3.5  仿真實驗與結果分析

3.5.1  實驗條件

3.5.2  結果分析

3.6  實驗驗證

3.6.1  領航機器人做8字形運動實驗

3.6.2  領航機器人做螺旋形運動實驗

3.7  本章小結

4  多機器人級聯編隊軌跡跟蹤控制方法

4.1  移動機器人運動模型

4.1.1  單個移動機器人運動模型

4.1.2  機器人級聯領航-跟隨運動模型

4.2  多機器人級聯編隊軌跡跟蹤控制

4.3  仿真實驗與結果分析

4.3.1  實驗條件

4.3.2  結果分析

4.4  本章小結

5  基於領航機器人定位的多機器人編隊控制方法

5.1  輪式領航機器人定位

5.1.1  機器人運動模型

5.1.2  基於PF算法的領航機器人定位

5.1.3  領航機器人繫統的可觀測性

5.2  多機器人領航-跟隨編隊控制

5.2.1  “1-1”機器人領航-跟隨運動模型

5.2.2  多機器人領航-跟隨編隊控制

5.3  車式領航機器人定位

5.3.1  機器人運動模型

5.3.2  領航機器人繫統的可觀測性

5.4  多機器人級聯領航-跟隨編隊控制

5.4.1  “1-1-1”機器人領航-跟隨運動模型

5.4.2  多機器人級聯領航-跟隨編隊控制

5.5  仿真實驗與結果分析

5.5.1  實驗條件

5.5.2  結果分析

5.6  本章小結

6  分析法的多機器人編隊避障控制方法

6.1  分析法的領航機器人避障算法

6.2  不規則形狀障礙物的圓或圓弧小二乘法擬合建模

6.3  多機器人編隊避障控制

6.3.1  “1-2”機器人領航-跟隨運動模型

6.3.2  多機器人編隊控制

6.4  仿真實驗與結果分析

6.4.1  實驗條件

6.4.2  結果分析

6.5  實驗驗證

6.5.1  SLAM構圖

6.5.2  特征提取及軌跡規劃

6.5.3  機器人自主導航

6.6  本章小結

7  總結與展望

7.1  總結

7.2  展望

參考文獻

附錄A

附錄B

附錄C

索引

機器人技術屬於交叉學科，涉及機械、電子、計算機、控制、通信、人工智能等多個學科和技術領域。自1959年世界上臺工業機器人誕生以來，機器人的發展已取得了舉世矚目的成就。隨著現代科技日新月異的發展，人類活動範圍逐漸擴大，遍及陸、海、空等眾多領域。如何在危險、復雜的領域中實現安全、高效的探索，如何開發、利用有限的資源，已經成為事關國家經濟發展、國防安全建設的重要戰略性任務。而智能移動機器人正逐漸代替人類，直接進入某些危險、復雜環境。作為衡量一個國家科技發展水平的重要標志，近年來，機器人技術的發展受到世界各國的高度重視，而且機器人編隊已在國防、工業、農業、生活等領域廣泛應用，因此針對多機器人關鍵技術的研究已成為近幾年的研究熱點之一。本書是在這樣的背景下撰寫完成的。

    本書分別圍繞領航者軌跡是理想軌跡和非理想軌跡的多機器人編隊控制，采用非線性繫統秩理分析法理論，對基於純角度觀測信息的多機器人編隊控制重點、難點問題展開深入研究。針對領航者軌跡為理想軌跡，研究了基於純角度觀測信息的領航-跟隨和級聯多機器人領航-跟隨編隊控制（見第2章~第4章）；針對領航者軌跡為非理想軌跡，研究了領航機器人定位，提出了基於純角度觀測信息的多機器人領航-跟隨和級聯領航-跟隨編隊控制方法（見第5章）；針對領航者軌跡為非理想軌跡，研究了分析法的領航機器人自主導航以及多機器人領航-跟隨編隊避障（見第6章）。

    在編寫過程中，本書得到了西北工業大學孫樹棟、李天成以及長江師範學院機器人工程學院何仁琪、黃江波的大力支持，他們都對本書提出了寶貴的意見。對此，表示衷心的感謝。

    本書可為機器人工程、自動控制、機械電子工程等專業研究生以及高年級的本科生提供學習與參考，但由於編著者水平有限，書中疏漏和不妥之處懇請廣大讀者批評指正。