群體機器人研究的現狀和發展 [日期：2004-12-8] 來源：電子技術應用 作者：江西省贛州南方冶金學院機器人研究室 張海英 劉祚時 林桂娟 [字體：傳感器必須提供足夠的環境描述信息和其他機器人的信息，因此機器人個體之間或者上層控制和下層合作之間的通信是必要的。機器人之間的通信方式主要有兩種，即直接通信和間接通信。直接通信要求發送和接收信息能保持一致性，因此機器人之間需要一種通信協議，而且直接通信時發送方和接收方必須同時在線，間接通信沒有此項要求。一般來說，直接通信存在于有智能的機器人之間，而間接通信存在的范圍就比較大，如個體和個體通信、個體和群體通信、個體和環境通信等。目前，大部分關于群體機器人的通信主要采用廣播的方式，即個體機器人將自己的位置和傳感器信息以及自己從事的工作信息廣播出去，其他個體機器人可以按自己的需要選擇信息，或主控機器人通過廣播分配任務等。

通信方式的選擇是保證通信的有效性和實時性的基本要求，在實際應用中根據機器人的結構和任務要求來選擇，目前群體機器人的通信還存在許多瓶頸問題，如機器人數目增加時，通信速度和效率將下降。

１．２ 群體機器人系統的協作與控制

機器人之間的協作與控制問題屬于群體機器人系統中的高級控制任務，是研究群體機器人系統的關鍵技術。

機器人群體系統是由機器人個體按照一定關系聯系起來，并具有自我調整的功能，系統中機器人個體和機器人群體都要協作動作，以實現機器人群體的功能。借鑒組織行為學的理論，群體機器人系統研究對象包括機器人個體、機器人群體兩個層次，即機器人個體行為和機器人群體行為。機器人個體行為主要包括機器人個體對環境的感知、學習、響應以及自適應動作的協調。機器人個體控制系統是實現個體行為的基礎，機器人個體控制系統要求能使個體表現出較強的協作性和自主性。協作性是指機器人能協調合作的能力；自主性是指機器人具有一定的自主能力、能感知環境的變化并能作用于環境。系統的協調行為在很大程度上依賴于如何處理機器人的自主和協作之間的關系；機器人群體行為是機器人個體行為的合成，典型的群體行為研究有集中行為、分散行為和編隊行為等。根據機器人群體結構分布的不同相應的控制結構也不同，可分為集中式和分布式兩種。集中式控制由一個機器人或者ＰＣ機對任務進行調協規劃并集中調度；分散式控制中任務分配是通過機器人之間的交互來實現的，每個機器人基于自己的傳感器信息和內部狀態規劃各自的行為，通過協商等手段消解沖突。

為研究機器人群體的協作機制，以提高群體的協作能力，目前多采用下述控制機制，包括：

（１）基于信息資源庫共享；

（２）基于傳感器信息共享的控制：依靠通信裝置，每個機器人上的傳感器不再是私有享用，其他機器人通過通信也可享用；

（３）基于資源競爭規則的調度機制：資源包括作業空間、作業順序、作業工具等，該控制策略最基本的目標是解決死鎖問題；

（４）基于任務與能量最佳匹配原則的動態組成、重構控制；

（５）并行規劃算法。

１．３ 群體機器人系統沖突的解決

在群體機器人系統中還有一個很重要的問題就是系統中沖突問題的解決。在群體機器人系統中沖突的形式是多種多樣的，主要有任務沖突、路徑沖突和空間沖突等。群體機器人系統中的沖突很容易造成系統的混亂，嚴重影響了系統的總體性能。解決沖突除了要有合理的控制結構和通信方式外，也需要相應的解決策略。在群體機器人系統中，每個機器人都把其他機器人當作障礙物來處理，并通過傳感器探測障礙物的有無。同時機器人也根據定期接收到的信息來處理傳感器的不確定性，并區分機器人障礙物和非機器人障礙物，由此選擇不同的處理方法。群體機器人系統沖突問題的解決辦法有很多，最直接的方法是采用集中控制器來決定所有機器人的無沖突路徑，但是這種方法在實用性方面具有一定的缺陷。另一種方法是主從控制法，在沖突的機器人中有一個作為主控，指揮別的機器人以解決沖突問題。

對于群體機器人系統的研究除了上述幾個主要的方面外還有群體機器人系統的學習問題、系統的組織結構問題和環境的觀察問題等。

２ 國內外群體機器人研究現狀

經過二十幾年的發展，群體機器人系統的研究已在理論和實踐方面取得很大的進展，并建立了多機器人仿真系統和實驗系統。目前，國內關于群體機器人系統的研究剛剛起步，而國外的研究則比較活