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第1章　绪论1

1.1　多机器人系统研究的发展1

目录1

1.2　一些典型的多机器人系统2

1.2.1　群智能机器人系统2

1.2.2 自重构机器人系统3

1.2.3　协作机器人系统3

1.2.4　机器人足球赛4

1.3　小结5

第2章 多机器人系统中的基本问题6

2.1 引言6

2.2.1　群体体系结构7

2.2　多机器人系统研究的主要内容7

2.2.2　感知9

2.2.3　通信10

2.2.4　学习12

2.2.5　协调协作机制14

2.3　多机器人系统的设计16

2.3.1　设计方法及其流程16

2.3.2　需要考虑的因素17

2.4　相关的研究领域17

2.4.1　控制理论17

2.4.2　复杂系统科学18

2.4.3　人工智能理论19

2.5　小结20

第3章　多机器人系统体系结构21

3.1 引言21

3.2　机器人体系结构21

3.2.1　传统结构22

3.2.2　包容式结构23

3.2.3　反应式控制结构25

3.2.4　分层递阶式体系结构26

3.2.5　混合式体系结构26

3.3　面向多机器人系统的机器人体系结构27

3.3.1　ALLIANCE结构28

3.3.2 面向多机器人协作系统的一种分层式控制体系结构29

3.3.2.1　体系结构设计29

3.3.2.2　机器人基本模型的建立34

3.3.2.3　MRCS实例分析35

3.3.3　基于行为的混合分层体系结构37

3.3.4　面向多机器人系统任务级协作的机器人控制体系结构38

3.3.4.1　任务级协作38

3.3.4.2　具体设计42

3.3.5　基于多DSP并行处理的混合式体系结构45

3.3.5.1　体系结构45

3.3.5.2　硬件实现47

3.4　小结50

第4章 多机器人系统中机器人的学习51

4.1 引言51

4.2.1.1　遗传算法52

4.2　行为控制参数的学习52

4.2.1　基于遗传算法的行为控制参数学习52

4.2.1.2　基于参数学习的多机器人协作避碰55

4.2.1.3　多机器人队形控制的行为参数学习62

4.2.2　基于案例的空间时间推理的行为参数学习62

4.3　增强式学习65

4.3.1　基本概念65

4.3.2　增强函数分类67

4.3.3　优化模型68

4.3.4　学习算法69

4.3.4.1　探索策略69

4.3.4.2　算法介绍70

4.3.5　算法收敛度量评价71

4.3.6　增强学习举例——搜集任务72

4.4　学习分类器系统74

4.4.1　基本的LCS方法74

4.4.2　改进的LCS方法76

4.4.3　仿真实验及其结果78

4.5　小结81

第5章　多机器人避碰规划83

5.1 引言83

5.2　基于行为的避碰规划84

5.2.1 Avoid_obstacle行为设计85

5.2.2 Follow_wall行为设计88

5.2.3 Avoid_robot行为设计93

5.3　交通规则法98

5.3.1　规则的建立99

5.3.2　利用交通规则的多机器人系统示例100

5.4　基于协商和意愿强度的避碰规划102

5.4.1　基本行为设计102

5.4.2　意愿强度与磋商策略103

5.4.3　基于意愿强度的多移动机器人协调的实现104

5.4.4　仿真结果107

5.5　小结108

第6章　多机器人队形问题研究109

6.1　引言109

6.2　队形形成问题110

6.3　队形控制问题114

6.4　未知环境下多机器人队形控制的研究117

6.4.1　机器人结构设计118

6.4.1.1　动态障碍物预测模块118

6.4.1.2　行为库120

6.4.1.3　控制参数产生函数模块121

6.4.1.4　决策模块123

6.4.2　仿真124

6.5　动态环境下多移动机器人协作围捕127

6.5.1　围捕任务128

6.5.2　围捕行为129

6.5.3　任务建模129

6.5.4　机器人策略设计130

6.5.5　Invader策略设计135

6.5.6　仿真实验136

6.6　小结140

第7章　多机器人系统信息融合与环境构建141

7.1　引言141

7.2　信息融合142

7.3　环境构建144

7.4　多机器人协作与信息融合在地图构建中的应用148

7.4.1　机器人传感器模型148

7.4.2　基于Dempster-Shafer证据推理理论的信息融合150

7.4.2.1　基本定义和传感信息融合151

7.4.2.2　多机器人系统传感信息融合与地图构建152

7.4.4　仿真结果153

7.4.3　地图构建过程中的多机器人协作153

7.5　环境探测策略157

7.5.1　多机器人协作地图构建的动态分区法157

7.5.1.1　基本行为设计158

7.5.1.2　多机器人构建未知环境地图的算法158

7.5.1.3　分区算法159

7.5.1.4　仿真结果160

7.5.2　基于虚拟力的探测算法163

7.5.2.1　算法描述164

7.5.2.2　仿真实验165

7.6　小结167

8.1 引言168

第8章　多机器人仿真系统168

8.2　TeamBots173

8.3　Soccer Server174

8.4　MissionLab175

8.5　MultiSim仿真系统178

8.5.1　仿真系统的总体设计178

8.5.2　面向对象的建模180

8.5.3　仿真平台MultiSim的对象模型180

8.5.4　仿真平台MultiSim的动态模型183

8.5.5　仿真平台MultiSim的功能模型188

8.5.6　仿真系统介绍193

8.5.7　仿真实验举例195

8.6　MulBotsSim多机器人仿真系统197

8.7　小结199

第9章　多仿生机器鱼系统200

9.1　引言200

9.2　系统体系结构201

9.3　仿生机器鱼的设计204

9.3.1　仿生机器鱼的设计原则及步骤204

9.3.2　鱼类游动的运动学模型简化205

9.3.3　运动学模型的数值仿真208

9.3.4　仿生机器鱼的设计与实现210

9.3.4.1　机器鱼的基本结构210

9.3.4.2　控制系统和控制性能211

9.4.1　视觉子系统的框架及工作过程214

9.4　视觉子系统的设计与实现214

9.4.2　基于颜色信息的图像识别算法215

9.4.3　并行图像处理方法及实现220

9.4.4　视觉子系统的图像处理效果223

9.5　仿生机器鱼运动控制与路径规划算法225

9.5.1　速度控制算法225

9.5.2　游动方向控制算法227

9.5.3 点到点（PTP）控制算法231

9.5.4　基于改进的DT方法的路径规划233

9.5.5　实验结果235

9.6　多仿生机器鱼协调的行为设计及行为策略237

9.6.1　机器鱼的基本行为设计237

9.6.2　基于行为选择机制的策略241

9.6.3　多仿生机器鱼系统实验243

9.7　系统的集成与实现245

9.8　小结248

第10章　多机器人协调搬运、焊接系统250

10.1 引言250

10.2　用于对中合拢的多机器人系统平台251

10.2.1　机器人结构251

10.2.2　多机器人协调系统结构及协调行为252

10.2.3　对中合拢工艺253

10.2.4　系统逆运动学分析255

10.3　用于环缝焊接的多机器人平台261

10.3.1　机器人结构261

10.3.2　多机器人焊接平台结构及协调行为262

10.3.3　操作圆柱形船体模块逆运动学分析263

10.4　环缝焊接中多机器人系统防轴窜控制266

10.4.1　轴向窜动产生的机理267

10.4.2　多机器人焊接平台防窜方法269

10.4.2.1　船体模块轴向窜动模型269

10.4.2.2　用于防窜的多机器人系统自抗扰控制器271

10.4.2.3　防窜系统的控制与仿真272

10.5　环缝焊接多机器人系统的载荷分配274

10.5.1　压力平衡要求275

10.5.2　基于典型模拟电路的非线性规划方法276

10.5.3　多机器人系统载荷分配方法278

10.5.3.1　船体模块一端偏重280

10.5.3.3　船体模块一端、一侧同时偏重281

10.5.3.2　船体模块一侧偏重281

10.5.4　仿真282

10.6　模块化造船中多机器人控制系统的实现284

10.6.1　多机器人协调系统硬件结构284

10.6.1.1　硬件系统总体结构284

10.6.1.2　高精度的液压伺服系统285

10.6.2　多机器人协调系统软件设计287

10.6.2.1　上位机控制软件设计287

10.6.2.2　下位机控制软件设计288

10.7　小结289

第11章　多机器人系统的研究与应用展望290

参考文献295