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RoboCup实物救援机器人研究——仿真系统设计与实现的开题报告

标题：RoboCup实物救援机器人研究——仿真系统设计与实现

摘要：

本文以RoboCup救援机器人比赛为背景，设计并实现了一套基于ROS的仿真系统。系统包含了仿真环境、仿真机器人和仿真传感器等模块，能够实现救援机器人的自主控制和协作。在此基础上，我们将进一步进行算法研究和实物机器人的物理建模，以提高救援机器人的性能和鲁棒性。

关键词：RoboCup；救援机器人；仿真系统；ROS；自主控制；协作

一、研究背景及意义

RoboCup是一个国际性的机器人科技比赛，旨在推动机器人技术的发展和应用。其中，实物救援机器人比赛是RoboCup的一项重要赛事，要求参赛机器人能够在模拟的自然灾害场景中执行救援任务，如搜索遇难者、扫除障碍物、运送物资等。这项比赛对机器人的自主控制、协作能力和对复杂环境的适应性都提出了很高的要求。

本研究旨在设计并实现一套基于ROS的救援机器人仿真系统，能够为救援机器人的研究和应用提供支持。该系统具有以下特点：

1.包含完整的仿真环境和机器人模型，可进行多机器人协作和任务规划等研究；

2.引入多种传感器和视觉算法，恰当地模拟复杂的现实环境和任务场景；

3.具有良好的可扩展性和重用性，便于后续的算法改进和实物机器人测试。

二、研究内容及方法

该研究的主要内容包括：

1.救援机器人仿真环境的设计与实现：包括建模、渲染、物理引擎等，实现仿真环境的可视化和物理模拟。

2.救援机器人模型的设计与实现：包括底盘、传感器、执行器等，实现机器人的动态控制和数据通信。

3.仿真传感器的设计与实现：包括激光雷达、摄像头、超声波等，模拟机器人在复杂环境中的感知能力。

4.单机器人的自主控制算法研究：如基于SLAM的地图构建和路径规划算法等。

5.多机器人的协作算法研究：如基于分布式系统和协同控制的多机器人任务规划算法等。

6.性能评估和实验验证。

本研究采用的方法主要包括：

1.基于ROS的模块化设计和实现。

2.应用开源软件构建仿真环境和机器人模型，并通过自主设计和改进，提高系统的性能和可用性。

3.采用常用的机器人算法和模型，如SLAM、PID控制、机器人动力学模型等，实现机器人的自主控制和协作。

三、预期成果

本研究的预期成果包括：

1.救援机器人仿真系统的设计和实现，包括仿真环境、机器人模型、传感器等组件。

2.单机器人的自主控制算法和多机器人协作算法的研究，实现救援任务的有效执行和机器人组队的协调控制。

3.在仿真环境下的性能评估和实验验证，展示系统的可行性和应用效果。

四、进度安排

本研究的进度安排如下表所示：

|任务|时间节点|

|---|---|

|仿真环境设计|第1-2个月|

|机器人模型实现|第3-4个月|

|传感器设计与实现|第5-6个月|

|单机器人算法研究|第7-8个月|

|多机器人算法研究|第9-10个月|

|系统性能评估和实验验证|第11-12个月|

五、参考文献

[1]B.Gerkey,R.Vaughan,andA.Howard,“ThePlayer/Stageproject:Toolsformulti-robotanddistributedsensorsystems,”inProceedingsofthe11thInternationalConferenceonAdvancedRobotics,2003.

[2]D.Kriedemann,H.Laue,M.Janek,andR.Dillmann,“A3Dsimulatedurbansearchandrescuecompetitionenvironmentformid-sizeleggedrobots,”inProceedingsofthe9thInternationalSymposiumonDistributedAutonomousRoboticSystems,2008.

[3]R.Murrieta-Cid,E.Sucar,andJ.Hernandez,“Amulti-agentsystemforurbansearchandrescue,”inProceedingsoftheIEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,2010.

[4]J.Han,J.Park,Y.Choi,andH.Kim,“Real-timeobstacleavoid