群体机器人路径构形的研究与仿真(硕士毕业论文).rar
群体机器人路径构形的研究与仿真(硕士毕业论文),群体机器人路径构形的研究与仿真 随着计算机技术、传感器技术、控制理论等学科的发展，机器人学科也不断发展，近些年来，群体机器人因其独特的优势成为新的研究热点。本课题研究的目的就是以分布式群体机器人觅食任务为背景，探寻一种分布式群体机器人路径的形成机制。在该机制中的群体机器人没有全局信息，并且只具有简单的反应式行为，通...
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内容介绍
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群体机器人路径构形的研究与仿真
随着计算机技术、传感器技术、控制理论等学科的发展，机器人学科也不断发展，近些年来，群体机器人因其独特的优势成为新的研究热点。本课题研究的目的就是以分布式群体机器人觅食任务为背景，探寻一种分布式群体机器人路径的形成机制。在该机制中的群体机器人没有全局信息，并且只具有简单的反应式行为，通过协作以自身作为信标，在巢穴和食物之间形成一条路径来完成觅食任务。本课题研究了两种机器人路径构形：链式路径构形和拓扑网路径构形。文章的主要研究工作如下：
研究了链式路径构形的形成机制、群体机器人的状态和行为、不同状态之间的转化，通过仿真实验验证了链式路径构形的有效性，对仿真数据进行分析，得出每个根上的链数控制在34条比较合适，搜索多个食物的效率大于搜索单个食物的效率，但是链式路径构形也存在着不足，在食物众多的时，路径会产生“交错”现象，在有障碍物的环境中，障碍物的存在会影响机器人链的方向，从而无法形成机器人路径。
针对链式路径构形的不足，给出了拓扑网路径构形。研究了拓扑网路径构形的形成机制、群体机器人的状态和行为、不同状态之间的转化，通过仿真实验验证了拓扑网路径构形的有效性，而且在有障碍物的环境中依然很有效，对拓扑网路径构形进行改进，提高了其效率，但是拓扑网路径构形也有一些不足，存在着“尾巴”和“无效包裹”现象。
将链式路径构形和拓扑网路径构形进行分析比较，拓扑网路径构形所形成的机器人路径更短，更稳定，在食物众多和障碍物的环境中更具有优势，而链式路径构形形成机器人路径的速度快于拓扑网路径构形。
最后，对全文的工作进行了总结，指出了两种群体机器人路径构形的一些不足之处，并对下一步的研究方向进行了展望。
摘 要 1
Abstract 2
第一章 绪 论 1
1.1 论文来源 1
1.2 群体机器人的产生与发展 1
1.3 群体机器人的研究现状 3
1.4 本课题研究的目的和意义 6
1.5 主要研究内容及结构安排 6
1.5.1 主要研究内容 6
1.5.2 论文章节安排及组织结构 7
第二章 群体机器人链式路径构形 8
2.1 链式路径构形的综述 8
2.2 群体机器人的状态和行为 10
2.2.1 群体机器人的状态 10
2.2.2 群体机器人的行为 10
2.2.3 群体机器人状态的转变 14
2.3 链式路径构形的仿真分析 14
2.3.1 无障碍物、单个食物、不同链数的仿真 14
2.3.2 无障碍物、三链、不同食物数目的仿真 16
2.3.3 无障碍物、三链、不同步长的仿真 19
2.3.4 有障碍物、三链的仿真 20
2.4本章小结 21
第三章 群体机器人拓扑网路径构形 22
3.1 拓扑网路径构形综述 22
3.2 群体机器人的状态与行为 26
3.2.1 群体机器人的状态 26
3.2.2 群体机器人的行为 26
3.2.3 群体机器人状态的转变 27
3.3 拓扑网构形的仿真分析 28
3.3.1 无障碍物、单个食物的仿真 28
3.3.2 无障碍物、多个食物的仿真 31
3.3.3 有障碍物环境的仿真 32
3.4 拓扑网形的改进 35
3.4.1 以巢穴和食物为中心同时扩张 35
3.4.2 拓扑网加速扩张和收缩 36
3.4.3 只有收缩阶段 37
3.5 拓扑网构形改进的仿真分析 38
3.6 与链式路径构形的比较 40
3.6.1 无障碍物环境中的比较 40
3.6.2 有障碍物环境中的比较 42
3.7 本章小结 43
第四章 程序实现 44
4.1 仿真平台的简介 44
4.2 算法实现 46
4.2.1 主要类的简介 46
4.2.2 算法的流程 47
4.2.3 程序的细节 48
4.3 本章小结 49
第五章 总结与展望 50
5.1 总结 50
5.2 展望 50
参 考 文 献 52
插图清单 56
表格清单 58
在学研究成果 59
致 谢 60
随着计算机技术、传感器技术、控制理论等学科的发展，机器人学科也不断发展，近些年来，群体机器人因其独特的优势成为新的研究热点。本课题研究的目的就是以分布式群体机器人觅食任务为背景，探寻一种分布式群体机器人路径的形成机制。在该机制中的群体机器人没有全局信息，并且只具有简单的反应式行为，通过协作以自身作为信标，在巢穴和食物之间形成一条路径来完成觅食任务。本课题研究了两种机器人路径构形：链式路径构形和拓扑网路径构形。文章的主要研究工作如下：
研究了链式路径构形的形成机制、群体机器人的状态和行为、不同状态之间的转化，通过仿真实验验证了链式路径构形的有效性，对仿真数据进行分析，得出每个根上的链数控制在34条比较合适，搜索多个食物的效率大于搜索单个食物的效率，但是链式路径构形也存在着不足，在食物众多的时，路径会产生“交错”现象，在有障碍物的环境中，障碍物的存在会影响机器人链的方向，从而无法形成机器人路径。
针对链式路径构形的不足，给出了拓扑网路径构形。研究了拓扑网路径构形的形成机制、群体机器人的状态和行为、不同状态之间的转化，通过仿真实验验证了拓扑网路径构形的有效性，而且在有障碍物的环境中依然很有效，对拓扑网路径构形进行改进，提高了其效率，但是拓扑网路径构形也有一些不足，存在着“尾巴”和“无效包裹”现象。
将链式路径构形和拓扑网路径构形进行分析比较，拓扑网路径构形所形成的机器人路径更短，更稳定，在食物众多和障碍物的环境中更具有优势，而链式路径构形形成机器人路径的速度快于拓扑网路径构形。
最后，对全文的工作进行了总结，指出了两种群体机器人路径构形的一些不足之处，并对下一步的研究方向进行了展望。
摘 要 1
Abstract 2
第一章 绪 论 1
1.1 论文来源 1
1.2 群体机器人的产生与发展 1
1.3 群体机器人的研究现状 3
1.4 本课题研究的目的和意义 6
1.5 主要研究内容及结构安排 6
1.5.1 主要研究内容 6
1.5.2 论文章节安排及组织结构 7
第二章 群体机器人链式路径构形 8
2.1 链式路径构形的综述 8
2.2 群体机器人的状态和行为 10
2.2.1 群体机器人的状态 10
2.2.2 群体机器人的行为 10
2.2.3 群体机器人状态的转变 14
2.3 链式路径构形的仿真分析 14
2.3.1 无障碍物、单个食物、不同链数的仿真 14
2.3.2 无障碍物、三链、不同食物数目的仿真 16
2.3.3 无障碍物、三链、不同步长的仿真 19
2.3.4 有障碍物、三链的仿真 20
2.4本章小结 21
第三章 群体机器人拓扑网路径构形 22
3.1 拓扑网路径构形综述 22
3.2 群体机器人的状态与行为 26
3.2.1 群体机器人的状态 26
3.2.2 群体机器人的行为 26
3.2.3 群体机器人状态的转变 27
3.3 拓扑网构形的仿真分析 28
3.3.1 无障碍物、单个食物的仿真 28
3.3.2 无障碍物、多个食物的仿真 31
3.3.3 有障碍物环境的仿真 32
3.4 拓扑网形的改进 35
3.4.1 以巢穴和食物为中心同时扩张 35
3.4.2 拓扑网加速扩张和收缩 36
3.4.3 只有收缩阶段 37
3.5 拓扑网构形改进的仿真分析 38
3.6 与链式路径构形的比较 40
3.6.1 无障碍物环境中的比较 40
3.6.2 有障碍物环境中的比较 42
3.7 本章小结 43
第四章 程序实现 44
4.1 仿真平台的简介 44
4.2 算法实现 46
4.2.1 主要类的简介 46
4.2.2 算法的流程 47
4.2.3 程序的细节 48
4.3 本章小结 49
第五章 总结与展望 50
5.1 总结 50
5.2 展望 50
参 考 文 献 52
插图清单 56
表格清单 58
在学研究成果 59
致 谢 60
