多移动机器人协作任务的分布式决策控制系统

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1、哈尔滨_T程大学硕士学位论文元应用向系统式应用的方向发展。另一方面，人们也希望通过多机器人削的协调与合作，来提高机器人系统在作业过程中的效率，进而当机器人工作环境发生变化或系统局部发生故障时，多机器人之间仍可通过本身具有的协调与合作关系完成预定的任务。如何组织由多个机器人构成的群体，以及在这样的群体中如何实现机器人的合作已成为当前机器入学研究领域的一个新课题，具有重要的理论和现实意义。1．2多机器人学的研究现状1．2．1多机器人学已有的研究成果自80年代末以来，基于多智能体系统理论研究多机器人协作受到了普遍的

2、关注Ii-“】。近年来，在IEEER&A、IROS等著名的国际机器人学术会议上，几乎每次会议都有多智能体协作机器人系统的专题。一些机器人学术刊物出版了有关多智能体机器人的研究专辑⋯‘181。一些研究项目，如ACTRESS、CEBOT、GOFER、SWARM等，已进行了多年。自重构机器人系统SRRS(Self-ReconfigurableRoboticSystems)是一种典型的MARS系统，也称CellularRoboticSystem或ModularRoboticSystem。构成SRRS系统的基本部分是一

3、些具有简单功能、同样形状(或种类)的标准模块。这样一个系统在运行时，可根据目标的需要，组合简单的功能而成为具有复杂功能的系统。例如，由单一自由度机构组合成多自由度、超多自由度的机构。这种系统强调适应性、灵活性、自装配与自我修理等特性。SRRS的例子之一是日本名古屋大学Fukuda教授研究的CEBOT系统。CEBOT系统将众多简单功能的机器人视为细胞元，研究细胞元机器人自组织构成器官体机器人，再将多个器官体机器人组成复杂功能的机器人系统。单元体可以根据任务和环境动态重构，可以2哈尔滨：r程大学硕士学位论文具有学

4、习和适应的组智能(GroupIntelligence)，并具有分布式的体系结构。分布式机器人系统DRS(DistributedRobotSystems)是另一种MARS系统，尽管DRS研究主要是应用分布式计算的理论与方法来研究多机器人协作问题。美国学者G．Beni等对DRS系统进行了大量研究，著名的研究是SWARM系统。SWARM系统是由许多无差别的自治机器人组成的分布系统，其主要特点是构成系统的各机器人本身被认为无智能，它们在组成系统后，通过交互却可以呈现出群体的智能行为。此外，欧洲一些大学及研究机构的机器

5、人学者也在对多机器人协作系统进行研究。在协作机器人系统研究中，以移动机器人为背景进行研究的文献比较多见，包括规划、避碰、行进编队、推箱问题、搜寻问题等，而对于水下多机器人的协作问题的研究文章几乎未见报道。由于受物理系统造价的限制，大量的研究报道是理论和仿真研究成果，因此，近年来出现的实验系统的研究报道颇受注目。1．2．2目前的研究热点问题(1)多机器人群体的体系结构实现合作行为必须依赖于某种系统的体系结构。群体结构(Grouparchitecture)是集体行为的基础，决定了系统的能力。在确定群体结构时，要决

6、定它是集中的还是分散的，如果是分散的，是分层的还是分布的。集中式体系结构可用一个单一的控制智能体来刻划，而分布式体系结构则缺少这样一个智能体。分布式结构中所有智能体相对于控制是平等的，分层式结构在局部则是集中的。普遍的看法是分散式结构在某些方面，如故障冗余、可靠性、并行开发的自然性和可伸缩性等，比集中式结构要好。在群体结构中还有同构与异构的问题。同构系统中每个机器人的能力是一样的，异构系统则相反。异构系统虽具有普遍性，但带来问题的复杂性，任务分配更加固难。在异构系统中，任务分配一般按个体的能力来确定，3哈尔滨

7、：f程大学硕士学位论文在同构系统中，各智能体需要被区分为不同的角色，以便控制时的识别。群体结构要能适应动态自组织的要求。在系统拓扑结构可变情况下，动态选举主智能体和建立多智能体间关系的问题是体系结构研究要解决的问题之～。(2)通信与协商为进行合作，多智能体之间要进行协商与谈判。协商从形式上看是合作前或合作中的通信过程，因此，通信是合作机器人系统动态运行时的关键。一些研究虽然在探讨无通信的合作，但依据通信使系统效率得到提高是更实际的。通信的交互方式可有直接型和广播型。尽管计算机网络通信提供了问题的基本解决方案，

8、但适合多机器人的实时性要求的通讯协议、网络拓扑结构及通讯方式还需要进行研究。目前计算机网络技术的迅速发展，为分布式信息处理系统带来极大的便利。多机器人系统作为典型的分布式控制系统之一，网络结构将是其特征之一。但是，多机器人系统的通信与面向数据处理与信息共享的计算机网络通信有很大的不同。如果机器人之划过分依赖通信进行信息获取，那么，当机器人数量增加或者物理通信存在困难时，系统通信的负担将使系统的运作效