探究机器人学基于生物群机器人系统群体搭建机制查抄袭率理工

摘要：群机器人系统是一类特殊的多机器人系统,由许多相对简单的个体组成,主要探讨如何设计个体,使得通过个体之间或者个体与环境之间的局部交互涌现出期望的系统行为。群机器人系统探讨的兴起源于生物学,尤其是社会性昆虫的启发,由此具有典型的分布式系统特点。相比于传统的个体机器人系统,群机器人系统在灵活性、鲁棒性、分散性以及自组织性等方面体现出特有的优势,潜在运用领域非常广阔。群机器入学的探讨注重个体机器人的物理实现以及个体交互、个体与环境交互的物理实现,目前已成为探讨的热点,但是该方向是一门崭新的学科,尚未形成系统的论述,仍有很多不足亟待探讨与解决。例如对于给定的系统行为,该如何设计底层的交互机器人,使得系统行为在底层个体的交互中涌现出来,是群机器人学探讨中一个尚未解决的不足。群机器人学是一门运用性的学科,对该学科的探讨往往通过结合具体任务深入探究其内在机理。本论文通过结合群体搭建任务,探讨一群相对简单的机器人如何以分散制约的方式并行搭建出具有几何形状的结构。该任务特别要求搭建历程时空的协调,本论文针对群体搭建历程中若干协调机制不足进行了相关探讨与探讨,内容如下：(1)针对现有模板机制在群体搭建任务中有着的不足,受蜜蜂视觉导航机制的启发,提出了群体搭建机器人以环境中自然有着的一些显著特点为模板,实现了机器人搭建历程的视觉导航与定位,完成了砖块指定地点的搁放,并实现了群体搭建历程的协调,建立起视觉模板机制。直线墙搭建实验结果表明视觉模板机制是可行的。该机制的优点是无需事先对环境进行布置,无需机器人之问通讯,并对多机器人的制约有很好的扩展性,适应于未知环境中的群体搭建工作。(2)在视觉模板机制的基础上,提出了基于自身的时空可变模板机制,使模板以环境的固定地标中解脱出来,为群机器人搭建更为复杂的结构提供了可能。同时作为模板的机器人并不是固定不变的,所有机器人都可以充当模板,这就降低了系统中因为个体失效导致整个系统失效的风险,提升了系统的鲁棒性,使之成为更为一般化的搭建策略。(3)针对现有的基于Stigmergy的机制在群体搭建任务中有着的不足,提出了基于机器人评估能力的群体搭建时空协调机制。该机制可通过赋予机器人感知环境、评估系统当前状态的能力,简化对搭建规则的依赖,即机器人利用简单的搭建规则即可完成群体搭建任务,实现群体搭建历程时空的协调。(4)针对基于信息素的群体搭建机制,探讨了群体搭建历程中出现的涌现行为。通过探讨白蚁王族巢室的搭建历程,抽象并建立了基于智能体的环境动力学模型以及个体行为模型,针对不同的目标结构,设计出机器人不同的行为模型,浅析并探讨了简单规则产生复杂全局方式的理由等不足。关键词：群机器人学论文群体搭建论文模板论文Stigmergy论文生物启发论文

摘要11-13

ABSTRACT13-15

专业名词中英文对照表15-16

第一章 绪论16-28

1.1 论文选题背景及探讨作用16-18

1.2 基于生物启发的群机器人系统群体搭建探讨概述18-25

1.2.1 基于行为的机器人学18-19

1.2.2 基于行为的多机器人系统19

1.2.3 基于生物启发的群机器人系统群体搭建探讨进展历程19-21

1.2.4 基于生物启发的群机器人系统群体搭建探讨近况21-25

1.3 论文主要探讨内容及革新点25-26

1.4 论文结构安排26-28

第二章 视觉模板：基于生物启发的视觉路标机制28-48

2.1 引言28

2.2 背景知识28-29

2.3 视觉模板机制29-32

2.3.1 至搭建区域的视觉导航30-31

2.3.2 搭建区域内的视觉定位31-32

2.4 直线墙搭建任务32-34

2.4.1 任务描述32

2.4.2 制约器设计32-34

2.5 仿真与实际实验设计34-39

2.5.1 仿真实验34-36

2.5.2 实际实验36-39

2.6 实验结果及浅析39-47

2.6.1 仿真实验结果39-45

2.6.2 实际实验结果45-47

2.7 小结47-48

第三章 基于自身的时空可变模板机制48-68

3.1 引言48

3.2 自身为模板的机制48-54

3.2.1 实验准备49-50

3.2.2 圆形结构搭建实验50-54

3.3 基于自身的时空可变模板54-60

3.3.1 实验准备54-55

3.3.2 直线墙结构搭建实验55-60

3.4 基于时空可变模板的群体搭建历程建模60-66

3.5 小结66-68

第四章 Stigmergy：环境为媒介的交互机制68-86

4.1 引言68-69

4.2 不足提出69-71

4.3 系统模型设计71-74

4.3.1 模型组成71-72

4.3.2 搭建历程72-74

4.4 时空的协调74-81

4.4.1 规则生成75-77

4.4.2 机器人行为设计77-81

4.5 仿真实验及浅析81-85

4.6 小结85-86

第五章 基于信息素的群体搭建机制86-104

5.1 引言86-87

5.2 背景知识87-89

5.3 基于信息素的群体搭建模型89-95

5.3.1 信息素动力学模型90-92

5.3.2 机器人行为模型92-95

5.4 仿真实验及浅析95-102

5.4.1 仿真平台95-97

5.4.2 实验参数选取97

5.4.3 群体搭建实验及浅析97-102

5.5 小结102-104

第六章 总结与展望104-108

6.1 总结104

6.2 展望104-108