基本信息
- 项目名称：
- 基于异类智能体的三维协作机器人系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本课题以智能移动机器人为基础研究多智能体机器人编队问题，为复杂编队算法提供硬件实验平台。以四轴飞行器和博创科技出品的“创意之星”模块化机器人套件作为基础平台进行再开发，设计并构建了一组由四轴飞行器及多个移动轮式机器人组成的多智能体平台。四轴飞行器和轮式机器人相互配合实现编队功能，其中，四轴飞行器提供全局信息，轮式机器人提供局部信息，以及编队算法的验证，实现三维编队。
- 详细介绍：
- 本课题以智能移动机器人为基础研究多智能体机器人编队问题，为复杂编队算法提供硬件实验平台。 本课题以四翼飞行器和博创科技出品的“创意之星”模块化机器人套件作为基础平台进行再开发，设计并构建了一组由四翼飞行器及多个移动轮式机器人组成的多智能体平台。四翼飞行器和轮式机器人相互配合实现编队功能，其中，四翼飞行器提供全局信息，轮式机器人提供局部信息，以及编队算法的验证，实现三维编队。 智能移动机器人平台包括：运动终端模块、多传感器模块、交互通信模块、远程监控模块五个模块组成，以实现基于异类智能体的三维协作机器人系统：自动跟踪、避障、围捕等功能。其中，运动终端模块通过本队处理器实现对小车的运动控制；多传感模块采集包括双目测的距的视觉信息的多传感器信息；交互通信模块将传感器采集到的信息上传到远程控制模块，并返回控制指令；远程控制模块负责多传感器信息融合，并实现对小车发出控制指令。 该机器人系统硬件实现以Marvell(Intel)公司最新的XScale架构PXA270 ARM系列处理器作为核心处理器，运行Linux操作系统。通过使用WIFI无线网卡模块VNT6656G6A40实现无线交互通讯功能，使用CDS5500机器人舵机模块设计实现全向运动功能，使用红外、超声测距传感器以及视频摄像头实现定位和导航功能。 在软件开发方面通过使用Linux下的多线程编程技术，充分利用了处理器相关资源，实现了群体机器人终端间的星型网络通信，并设计完成了可与嵌入式群体移动终端交互式通信的远程控制平台。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本课题以智能移动机器人为基础研究多智能体机器人编队问题，为复杂编队算法提供硬件实验平台。 本课题以四轴飞行器和博创科技出品的“创意之星”模块化机器人套件作为基础平台进行再开发，设计并构建了一组由四轴飞行器及多个移动轮式机器人组成的多智能体平台。四轴飞行器和轮式机器人相互配合实现编队功能，其中，四轴飞行器提供全局信息，轮式机器人提供局部信息，以及编队算法的验证，实现三维编队。 智能移动机器人平台包括：运动终端模块、多传感器模块、交互通信模块、远程监控模块五个模块组成，以实现基于异类智能体的三维协作机器人系统：自动跟踪、避障、围捕等功能。其中，运动终端模块通过本队处理器实现对小车的运动控制；多传感模块采集包括双目测的距的视觉信息的多传感器信息；交互通信模块将传感器采集到的信息上传到远程控制模块，并返回控制指令；远程控制模块负责多传感器信息融合，并实现对小车发出控制指令。 该机器人系统硬件实现以Marvell(Intel)公司最新的XScale架构PXA270 ARM系列处理器作为核心处理器，运行Linux操作系统。通过使用WIFI无线网卡模块VNT6656G6A40实现无线交互通讯功能，使用CDS5500机器人舵机模块设计实现全向运动功能，使用红外、超声测距传感器以及视频摄像头实现定位和导航功能。 在软件开发方面通过使用Linux下的多线程编程技术，充分利用了处理器相关资源，实现了群体机器人终端间的星型网络通信，并设计完成了可与嵌入式群体移动终端交互式通信的远程控制平台。
科学性、先进性
- 一、群体机器人系统优越性，通过共享资源(信息、知识等)可以弥补单机器人能力的不足，完成单机器人系统无法完成的复杂任务。使用群体机器人系统可以大大节约时间，提高效率。群体机器人系统提高系统的柔性和鲁棒性。 二、编队控制算法优越性，充分获取当前环境信息。每个机器人的传感器负责获取自己周围的环境信息，这样就可以保证比较完整地获得机器人群体当前活动区域的环境信息。例如农作物收割、播种等。 三、是实现硬件在回路仿真，利用Simulink建立系统模型，以智能体机器人为样例，构建完整的基于MATLAB的多智能体机器人编队系统硬件在回路仿真平台，并进行试验验证和分析。多智能体机器人编队的硬件在回路仿真结果，可以直观的从MATLAB的硬件在回路仿真的结果得出编队算法的有效性。
获奖情况及鉴定结果
- Min Zhang, Yi Shen, Qiang Wang, Yibo Wang, Dynamic artificial potential field based multi-robot formation control,I2MTC,2010 2009年4月，哈尔滨工业大学大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。 一代产品曾获第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛国家级三等奖
作品所处阶段
- A实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 随着计算机技术和控制理论等技术的飞速发展，多移动机器人编队控制及多智能体协作已经成为众多科研院校的新兴的研究热点，引起了人们越来越多的关注，将来势必能够得到广泛的应用。 本项目是为多智能体协作研究搭建有效实用的仿真平台。通过PC进行实物在回路仿真，智能体可以完成预定控制算法，完成自动追踪、避障、围捕，群体编队运动，来完成单体机器人所无法完成的任务。智能体机器人与主机之间采用WIFI无线网络传输技术相联系，运用视频采集识别系统来定位追踪。基于异类智能体的三维协作机器人系统，通过飞行器与地面机器人配合，使编队的效率大大提高，有效的提高了多机器人协作。 该项目的适用范围非常广发，可以作为大型自动搬运机器人，也可作为小型管道机器人，以及完成侦查检测等任务，此类课题的发展目标是实现多体卫星协同监测，提高卫星的监测精度。所以发展前景非常广阔，不仅仅可以应用于日常生活，也可应用与工业生产、运输，也可应用于空间卫星定位。
同类课题研究水平概述
- 随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。 国外起步较早，经过二十几年的发展，群体机器人系统的研究己在理论和实践方面取得很大的进展，己出现了多机器人仿真系统和实验系统。欧盟专门设立了一个进行多机器人系统研究的MARTHA课题一“用于搬运的多自主机器人系统(multiple autonomous robots system for transport and handing application )”。日本对群体机器人系统的研究开展得比较早，著名的研究有ACTRESS系统和CEBOT系统。ACTRESS系统是由日本H.asmaa等人提出的通过设计底层的通讯结构，把机器人与周边设备和计算机等连接起来的自治多机器人智能系统，这个系统的主要特点是系统的单个动作和合作动作的并存。日本名古屋大学的Fukuda教授提出的CEBOT系统，每个机器人可以自主地运动，没有全局的模型，整个系统没有集中控制，可以根据任务和环境动态重构、可以具有学习和适应的群体智能，具有分布式的体系结构。美国学者KJin和GBnei等研究了SWARM系统。SWARM系统是由大量自治机器人组成的分布式系统，其主要特点是机器人本身被认为无智能，它们在组成系统后，将表现出群体的智能。 我国已开发出在车辆拥挤时自行移动的全方位移动结构机器人，还开发了使用带有桶型自由辊的车轮，用3个传动装置驱动可自由地前后左右移动或旋转。相对于国外，我国对于群体机器人的研究起步较晚，目前已逐渐引起人们的重视，上海交通大学，中国科学院，哈尔滨工业大学机器人研究所，东北大学等已先后开发出各种形式的群体机器人系统。
