● 摘要
对于一些复杂环境和不可预知或存在变化的作业任务，单一形态的个体机器人由于功能、形态的限制，已很难满足要求，往往需要多机器人系统通过协调与协作完成。近年机器人学术界关于群体机器人的自组织控制研究已形成研究热点。本文依托国家自然科学基金项目“群体自组装机器人分布式协同进化控制方法研究”，对模块化群体机器人系统的仿真平台与自组装算法进行了研究和分析。由于仿真平台的设计是在MSRS软件上根据SAMBOT机器人搭建的，本文首先介绍了SAMBOT机器人及MSRS仿真平台，简要的介绍实体机器人的结构，机器人的主要传感器，对接机构等。同时简要的介绍了MSRS软件平台的主要特性，包括仿真软件的并行库，仿真引擎等。其次，介绍在MSRS仿真软件上搭建SAMBOT机器人仿真平台的过程，包括机器人的结构设计与控制系统设计，涉及xml语言设计，机器人各种传感器的模拟以及机器人控制方式在仿真平台中的实现。然后介绍机器人的自组装算法，主要分析对接机器人的控制策略，即在漫游、导航、对接等不同状态机下机器人的控制策略，在仿真平台搭建完成的基础上实现基于状态机的自组装过程，并通过不同构型的多次实验分析基础算法的效率，主要针对十字构型与蛇形构型，通过多次实验统计构型的完成时间，分析自组装过程中出现的主要问题。最后，针对基于状态机算法中出现的问题，提出了解决死锁和与基于编队的算法改进。通过在状态机算法中添加构型判断环节解决自组装过程中的死锁，以减少自组装过程中出现故障的频率，保障机器人自组装过程顺利完成。同时，为了解决状态机算法中漫游过程耗时过长的问题，文章提出一种基于编队控制的自组装算法。主要采用基于行为法作为多机器人队形控制的基本算法，将机器人的编队过程加入到自组装过程中，实现了机器人的编队控制，进而提出二级种子算法，即以二级种子为leader带领编队中的机器人完成自组装过程，这样能够在漫游过程中机器人之间的干扰，并在仿真平台上实现该算法，最后通过针对十字、蛇形构型的多次实验分析对比两种算法的效率，发现在完成上述改进之后，机器人的构型完成时间较基础的状态机算法有明显的减少，且随着机器人个数的增长，其增长趋势也明显减缓。