多NAO机器人通信与轨迹规划问题研究

作     者：丁成波 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡家斌

授予年度：2017年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：多机器人系统 NAO机器人 通信系统 角色变换 轨迹规划算法 仿真和实验 

摘      要：多机器人系统因其能够并行地、高效率地完成复杂环境下的任务,成为了机器人发展的新方向。机器人足球比赛是以体育竞技为平台的前沿性科研竞争和高科技对抗赛,集中体现出了多机器人协调和合作工作的诸多优势。因此,本文以NAO机器人作为研究对象,主要针对多NAO机器人之间的通信、动态角色变换以及轨迹规划算法等问题进行了深入的分析和研究,并通过Sim Robot软件进行仿真和实际NAO机器人进行实验验证了多NAO机器人系统之间的通信、角色变换以及轨迹规划算法的可行性。文章主要研究内容如下:1、首先对多机器人系统和机器人世界杯足球赛(Robo Cup)的背景,以及多机器人的发展方向、研究目的和意义进行了概述。在此基础上,对NAO机器人平台的硬件系统和软件系统进行了深入的研究。最后针对多NAO机器人控制系统的控制过程和基本架构进行了分析和研究,并且明晰了控制过程中的认知、运动和调试三个过程以及概述了基本架构中视觉模块、定位模块、通信模块、动作模块和决策模块等5个模块的地位和作用。2、在分析了多NAO机器人的通信方式后,对消息队列、消息存储和消息处理等通信原理进行了研究。进一步地,运用Sim Robot仿真软件仿真实现了两台机器人之间通信。最后通过实体NAO机器人进行实验验证了多NAO机器人队间通信是可行的。3、在对NAO机器人平台的软、硬件系统以及多NAO机器人之间通信原理的研究基础上,对多NAO机器人的角色变换进行了研究。首先简单分析了机器人足球比赛中各个机器人的角色,接着对各种角色动态分配的计算方法进行了分析,最后通过点球实验验证了基于通信协作的多NAO机器人相对于无协作的多NAO机器人和单一的NAO机器人在足球比赛中的优越性。4、在多NAO机器人之间通信能够实现之后,研究了多NAO机器人的轨迹规划算法。首先分析了快速扩展随机树(RRT)算法的基本原理和实施步骤并对其优缺点进行了评价。在此基础上,针对RRT算法的不足提出了改进的快速扩展随机算法。最后,通过Sim Robot软件的仿真和实际NAO机器人的实验验证了动态障碍物环境下改进算法的准确性和高效性。