题目：多移动机器人系统协调控制研究

    多移动机器人协调控制有着广泛的应用前景，如环境探测、搜获救援、侦查监控等。本文主要研究多移动机器人协调控制涉及的三个关键问题：定位、轨迹跟踪与编队控制。定位使机器人始终知道自身的位置，轨迹跟踪使机器人沿着期望的路线移动，编队控制使机器人表现出群体行为。此外，基于多移动机器人系统，本文还研制了运动座载设备协调控制系统。具体研究成果如下：

    1. 基于天花板视觉的移动机器人室内定位

    室内环境中，由于信号的减弱和散射，GPS不能精确地确定移动机器人的位置。鉴于此，通过融合天花板视觉观测和航迹推算信息，建立了移动机器人室内定位系统。天花板上均匀分布的日光灯角点被视为特征点为机器人导航。提出了一个高效的算法识别图像中的特征角点。针对视觉系统外部参数不能直接测量的困难，设计了一个简单有效的程序精确标定外部参数，提高了定位精度。

    2. 输入受限移动机器人协调跟踪控制

    首先，研究了单个移动机器人的轨迹跟踪问题。针对差速驱动移动机器人，从实际角度提取了菱形输入约束。设计包含时变反馈参数的控制器来解决输入受限跟踪问题。在没有输入约束的条件下，给出了作用在反馈参数上的充分条件，确保跟踪误差系统的渐进稳定性。然后，提出了一种新颖的几何分析方法设计反馈参数，从而使得参数的充分条件和菱形输入约束都得到满足。在单个机器人跟踪控制的基础上，研究了输入约束下差速驱动移动机器人的协调路径跟踪问题。从机器人机动性能中提取跟踪裕度和同步裕度，以确保每个输入受限的机器人能到达队形中的期望位置。针对机器人个体，基于提出的几何分析方法设计了跟踪控制器以消除路径跟踪误差，同时设计了路径参数更新率以消除路径同步误差。提出的协调路径跟踪控制策略能实现队形的快速收敛与快速移动。

    3. 约束条件下多移动机器人编队控制

    首先，研究了菱形输入约束条件下差速驱动移动机器人的编队控制问题。基于领航-跟随法提出了包含两个反馈函数的控制器基本形式。由几何分析法提取了作用在反馈函数上的充分条件，确保输入约束条件下队形收敛。该几何分析法还用于设计最优的反馈函数，充分利用机器人的机动性能。进一步，研究了机器人性能分配问题，将机器人的速度限制在输入域的指定范围内，避免机器人的滑移以及降低机械损耗。接着，基于领航-跟随法研究了无通信条件下多移动机器人的编队控制问题。跟随机器人仅通过主动视觉观测领航机器人上的特征点，获取编队控制所需的测量信息。提出了一个不包含距离状态变量的编队控制系统，从而无需估计机器人之间的相对距离。在领航机器人速度和视觉相关参数未知的条件下，设计了自适应编队控制器和相机控制器，分别确保了期望队形的形成和特征点的稳定观测。此外，通过使用参数投影算法抑制控制输入的幅值。

    4. 运动座载设备协调控制系统

    研制了一个运动座载设备协调控制系统，用以模拟飞机空中加油和航天器交会对接等协调合作任务。使用两个差速驱动移动机器人作为运动基座，分别在其上安装对接机构。基于天花板视觉的室内定位系统为运动基座提供位置信息。其中一个基座在输入受限跟踪控制器的作用下沿着指定的轨迹移动，另一个基座在输入受限编队控制器的作用下与之保持恒定的相对距离。基于视觉反馈实现对接机构的协调控制。该协调控制系统能有效可靠地完成对接任务。