基本信息
- 項目名稱：
- 基于異類智能體的三維協(xié)作機器人系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本課題以智能移動機器人為基礎(chǔ)研究多智能體機器人編隊問題，為復(fù)雜編隊算法提供硬件實驗平臺。以四軸飛行器和博創(chuàng)科技出品的“創(chuàng)意之星”模塊化機器人套件作為基礎(chǔ)平臺進行再開發(fā)，設(shè)計并構(gòu)建了一組由四軸飛行器及多個移動輪式機器人組成的多智能體平臺。四軸飛行器和輪式機器人相互配合實現(xiàn)編隊功能，其中，四軸飛行器提供全局信息，輪式機器人提供局部信息，以及編隊算法的驗證，實現(xiàn)三維編隊。
- 詳細介紹：
- 本課題以智能移動機器人為基礎(chǔ)研究多智能體機器人編隊問題，為復(fù)雜編隊算法提供硬件實驗平臺。 本課題以四翼飛行器和博創(chuàng)科技出品的“創(chuàng)意之星”模塊化機器人套件作為基礎(chǔ)平臺進行再開發(fā)，設(shè)計并構(gòu)建了一組由四翼飛行器及多個移動輪式機器人組成的多智能體平臺。四翼飛行器和輪式機器人相互配合實現(xiàn)編隊功能，其中，四翼飛行器提供全局信息，輪式機器人提供局部信息，以及編隊算法的驗證，實現(xiàn)三維編隊。 智能移動機器人平臺包括：運動終端模塊、多傳感器模塊、交互通信模塊、遠程監(jiān)控模塊五個模塊組成，以實現(xiàn)基于異類智能體的三維協(xié)作機器人系統(tǒng)：自動跟蹤、避障、圍捕等功能。其中，運動終端模塊通過本隊處理器實現(xiàn)對小車的運動控制；多傳感模塊采集包括雙目測的距的視覺信息的多傳感器信息；交互通信模塊將傳感器采集到的信息上傳到遠程控制模塊，并返回控制指令；遠程控制模塊負責(zé)多傳感器信息融合，并實現(xiàn)對小車發(fā)出控制指令。 該機器人系統(tǒng)硬件實現(xiàn)以Marvell(Intel)公司最新的XScale架構(gòu)PXA270 ARM系列處理器作為核心處理器，運行Linux操作系統(tǒng)。通過使用WIFI無線網(wǎng)卡模塊VNT6656G6A40實現(xiàn)無線交互通訊功能，使用CDS5500機器人舵機模塊設(shè)計實現(xiàn)全向運動功能，使用紅外、超聲測距傳感器以及視頻攝像頭實現(xiàn)定位和導(dǎo)航功能。 在軟件開發(fā)方面通過使用Linux下的多線程編程技術(shù)，充分利用了處理器相關(guān)資源，實現(xiàn)了群體機器人終端間的星型網(wǎng)絡(luò)通信，并設(shè)計完成了可與嵌入式群體移動終端交互式通信的遠程控制平臺。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本課題以智能移動機器人為基礎(chǔ)研究多智能體機器人編隊問題，為復(fù)雜編隊算法提供硬件實驗平臺。 本課題以四軸飛行器和博創(chuàng)科技出品的“創(chuàng)意之星”模塊化機器人套件作為基礎(chǔ)平臺進行再開發(fā)，設(shè)計并構(gòu)建了一組由四軸飛行器及多個移動輪式機器人組成的多智能體平臺。四軸飛行器和輪式機器人相互配合實現(xiàn)編隊功能，其中，四軸飛行器提供全局信息，輪式機器人提供局部信息，以及編隊算法的驗證，實現(xiàn)三維編隊。 智能移動機器人平臺包括：運動終端模塊、多傳感器模塊、交互通信模塊、遠程監(jiān)控模塊五個模塊組成，以實現(xiàn)基于異類智能體的三維協(xié)作機器人系統(tǒng)：自動跟蹤、避障、圍捕等功能。其中，運動終端模塊通過本隊處理器實現(xiàn)對小車的運動控制；多傳感模塊采集包括雙目測的距的視覺信息的多傳感器信息；交互通信模塊將傳感器采集到的信息上傳到遠程控制模塊，并返回控制指令；遠程控制模塊負責(zé)多傳感器信息融合，并實現(xiàn)對小車發(fā)出控制指令。 該機器人系統(tǒng)硬件實現(xiàn)以Marvell(Intel)公司最新的XScale架構(gòu)PXA270 ARM系列處理器作為核心處理器，運行Linux操作系統(tǒng)。通過使用WIFI無線網(wǎng)卡模塊VNT6656G6A40實現(xiàn)無線交互通訊功能，使用CDS5500機器人舵機模塊設(shè)計實現(xiàn)全向運動功能，使用紅外、超聲測距傳感器以及視頻攝像頭實現(xiàn)定位和導(dǎo)航功能。 在軟件開發(fā)方面通過使用Linux下的多線程編程技術(shù)，充分利用了處理器相關(guān)資源，實現(xiàn)了群體機器人終端間的星型網(wǎng)絡(luò)通信，并設(shè)計完成了可與嵌入式群體移動終端交互式通信的遠程控制平臺。
科學(xué)性、先進性
- 一、群體機器人系統(tǒng)優(yōu)越性，通過共享資源(信息、知識等)可以彌補單機器人能力的不足，完成單機器人系統(tǒng)無法完成的復(fù)雜任務(wù)。使用群體機器人系統(tǒng)可以大大節(jié)約時間，提高效率。群體機器人系統(tǒng)提高系統(tǒng)的柔性和魯棒性。 二、編隊控制算法優(yōu)越性，充分獲取當前環(huán)境信息。每個機器人的傳感器負責(zé)獲取自己周圍的環(huán)境信息，這樣就可以保證比較完整地獲得機器人群體當前活動區(qū)域的環(huán)境信息。例如農(nóng)作物收割、播種等。 三、是實現(xiàn)硬件在回路仿真，利用Simulink建立系統(tǒng)模型，以智能體機器人為樣例，構(gòu)建完整的基于MATLAB的多智能體機器人編隊系統(tǒng)硬件在回路仿真平臺，并進行試驗驗證和分析。多智能體機器人編隊的硬件在回路仿真結(jié)果，可以直觀的從MATLAB的硬件在回路仿真的結(jié)果得出編隊算法的有效性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- Min Zhang, Yi Shen, Qiang Wang, Yibo Wang, Dynamic artificial potential field based multi-robot formation control,I2MTC,2010 2009年4月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎。 一代產(chǎn)品曾獲第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽國家級三等獎
作品所處階段
- A實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 隨著計算機技術(shù)和控制理論等技術(shù)的飛速發(fā)展，多移動機器人編隊控制及多智能體協(xié)作已經(jīng)成為眾多科研院校的新興的研究熱點，引起了人們越來越多的關(guān)注，將來勢必能夠得到廣泛的應(yīng)用。 本項目是為多智能體協(xié)作研究搭建有效實用的仿真平臺。通過PC進行實物在回路仿真，智能體可以完成預(yù)定控制算法，完成自動追蹤、避障、圍捕，群體編隊運動，來完成單體機器人所無法完成的任務(wù)。智能體機器人與主機之間采用WIFI無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)相聯(lián)系，運用視頻采集識別系統(tǒng)來定位追蹤?；诋愵愔悄荏w的三維協(xié)作機器人系統(tǒng)，通過飛行器與地面機器人配合，使編隊的效率大大提高，有效的提高了多機器人協(xié)作。 該項目的適用范圍非常廣發(fā)，可以作為大型自動搬運機器人，也可作為小型管道機器人，以及完成偵查檢測等任務(wù)，此類課題的發(fā)展目標是實現(xiàn)多體衛(wèi)星協(xié)同監(jiān)測，提高衛(wèi)星的監(jiān)測精度。所以發(fā)展前景非常廣闊，不僅僅可以應(yīng)用于日常生活，也可應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)、運輸，也可應(yīng)用于空間衛(wèi)星定位。
同類課題研究水平概述
- 隨著社會生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。從自動化生產(chǎn)線到海洋資源的探索，乃至太空作業(yè)等領(lǐng)域，機器人可謂是無處不在。 國外起步較早，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，群體機器人系統(tǒng)的研究己在理論和實踐方面取得很大的進展，己出現(xiàn)了多機器人仿真系統(tǒng)和實驗系統(tǒng)。歐盟專門設(shè)立了一個進行多機器人系統(tǒng)研究的MARTHA課題一“用于搬運的多自主機器人系統(tǒng)(multiple autonomous robots system for transport and handing application )”。日本對群體機器人系統(tǒng)的研究開展得比較早，著名的研究有ACTRESS系統(tǒng)和CEBOT系統(tǒng)。ACTRESS系統(tǒng)是由日本H.asmaa等人提出的通過設(shè)計底層的通訊結(jié)構(gòu)，把機器人與周邊設(shè)備和計算機等連接起來的自治多機器人智能系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的主要特點是系統(tǒng)的單個動作和合作動作的并存。日本名古屋大學(xué)的Fukuda教授提出的CEBOT系統(tǒng)，每個機器人可以自主地運動，沒有全局的模型，整個系統(tǒng)沒有集中控制，可以根據(jù)任務(wù)和環(huán)境動態(tài)重構(gòu)、可以具有學(xué)習(xí)和適應(yīng)的群體智能，具有分布式的體系結(jié)構(gòu)。美國學(xué)者KJin和GBnei等研究了SWARM系統(tǒng)。SWARM系統(tǒng)是由大量自治機器人組成的分布式系統(tǒng)，其主要特點是機器人本身被認為無智能，它們在組成系統(tǒng)后，將表現(xiàn)出群體的智能。 我國已開發(fā)出在車輛擁擠時自行移動的全方位移動結(jié)構(gòu)機器人，還開發(fā)了使用帶有桶型自由輥的車輪，用3個傳動裝置驅(qū)動可自由地前后左右移動或旋轉(zhuǎn)。相對于國外，我國對于群體機器人的研究起步較晚，目前已逐漸引起人們的重視，上海交通大學(xué)，中國科學(xué)院，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人研究所，東北大學(xué)等已先后開發(fā)出各種形式的群體機器人系統(tǒng)。
