多机器人系统的研究现状及发展

1、多机器人系统的研究现状及发展论文导读：机器人技术的发展使机器人的能力不断提高,机器人应用的领域和范围正不断扩展。经过二十几年的发展，多机器人系统的研究已在理论和实践方面取得很大进展，并建立了一些多机器人的仿真系统和实验系统.目前，国内的多机器人系统的研究刚刚起步.而国外的研究则比较活跃.欧盟设立专门进行多机器人系统研究的做RTHA课题“用于搬运的多自主机器人系统(multipleautonomousrobotfortransportandhandlingapplieation)“。关键词：多机器人系统，研究现状，发展 一、前言机器人技术的发展使机器人的能力不断提高, 机器人应用的领域

2、和范围正不断扩展。 从自动化工厂的装配工作到深海作业乃至核工业的故障处理、 太空中操作任务等都迫切需要机器人进入角色。一方面, 由于任务的复杂性, 在单机器人难以完成任务时, 人们希望通过多机器人之间的协调与合作来完成。论文参考网。 另一方面, 人们也希望通过多机器人间的协调与合作, 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。论文参考网。多机器人协调与合作作为一种新的机器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注。论文参考网。二、现状机器人群体协作系统的应用领域是很广阔的.具有潜在的巨大

3、的技术市场.如(l)工业领域:未来自动化生产线中，机器人群体系统可以担负起人类的作用，如组织物料运输，生产加工和其它一些复杂的任务.在一些危险环境或恶劣环境中可以代替人类自主完成一些复杂作业。(2)医学领域:大量的微机器人进入场道、胃或血管等人体内狭窄部位进行校查、发现和修补病变;(3)军事领域:使用机器人群体进行侦察、巡逻，排雷等;(4)航天领域:利用机器人群体进行卫星和空间站的内外维护以及星球探索等。经过二十几年的发展，多机器人系统的研究已在理论和实践方面取得很大进展，并建立了一些多机器人的仿真系统和实验系统.目前，国内的多机器人系统的研究刚刚起步.而国外的研究则比较活跃.欧盟设立专门进行

4、多机器人系统研究的做RTHA课题“用于搬运的多自主机器人系统(multipleautonomousrobotfortransportandhandlingapplieation)“。美国海军研究部和能源部也对多机器人系统的研究进行了资助。但从总体上讲，目前多机器人系统的研究还处于发展的初期阶段，离实用化还有很远的距离。三、多机器人系统的主要研究内容目前多机器人领域的研究内容主要有控制结构(或体系结构)，通信相冲突的解决等问题。其中，控制结构和通信问题屑于多机器人系统中的高级控制任务，而冲突的解决(包括防止死锁和避磁及路径规划等问题)则属于多机器人系统中的低级控制任务。下面我们将对这三方面的研究

5、内容进行简要的介绍:1、多机器人系统的控制结构多机器人系统是由大量具有环境观察、任务规划和操作功能的智能机器人组成。随着科技的发展，这些智能机器人的智能、秉性和自主性变得越来越高。为了把这些智能机器人组织起来构成一个复杂系统，就需要一个控制结构。控制结构是描述为实现预定的行为必须如何把这些智能机器人连系到一起的，从而有效地完成某些任务。多智能体的控制结构可分为集中式和分散式，而分散式又分为分层式相分布式，分布式结构中所有的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。普遍认为分散式结构比集中式结构在可靠性相鲁棒性方面具有较高的性能。控制结构的主要研究问题是设计出正确而合理的局部控制方案

6、，以能够使多机器人系统能高效率地解决给定的问题。2、多机器人系统在执行某项任务时，为了实现协调与合作，因此机器人之间或上层控制和下层合作之间的通信是必不可少的。机器人间的通信方式主要有两种，即直接通信和间接通信。直接通信要求发送和接收信息时能保持一致性，其最重要特征是通信时发送者和接收者同时“在线上”，而间接通信不需要发送和接收信息之间保持一致性。观察是另一种间接通信方式，它的重点在接收者(观察者)。尽管不是有意识地交换信息，但是无论信息是通过何种方式获得的，间接通信总是起作用。一般来讲，直接通信存在于有智能的机器人之间，而间接通信存在的范围就比较广，可存在于个体和个体通信，个体和群体通信，个

7、体和环境通信等。通常个体机器人与主控机器人(或控制中心)的信息交互(主要是工作信息和任务分配)通过直接通信实现，这样减少了其余机器人的网络负载:而主控机器人通常将机器人群中各机器人的当前位置和状态以广播形式发出，供个体机器人参考，简化了发送方的工作。由于工业机器人一般位置固定，因此系统中多采取直接通信的方式，通过以太网(Ethemet)等通信网将多台工业机器人连接在一起，根据某种协议进行有线通信。选择通信方式的基本要求是保证通信的有效性和实时性。但由于目前通信还存在许多瓶颈问题，如负载量大则通信速度下降等，在应用中直接通信过多会导致系统的动态性下降等。3、在多机器人系统中还有一个很重要的问题就

8、是解决系统中的冲突。系统中冲突的形式是多种多样的，主要有任务冲突、路径冲突和空间冲突等。多机器人系统中的冲突很容易造成系统的混乱，严重地影响系统的总体性能。解决冲突除了要有合理的控制结构和通信方式外，也需要相应的解决策略。在多机器人系统中，每个机器人都把其他机器人当成障碍物来处理，并通过传感器探测障碍物的有无。同时机器人也根据定期接收到的信息来处理传感器的不确定性，并区分机器人障碍物和非机器人障碍物，由此选择不同的处理方法。多机器人系统的冲突解决办法很多，最直接的方法是采用集中控制器来决定所有机器人的无冲突路径，但这种方法在实用性方面具有一定的缺陷。另一种方法就是冲突的机器人中有一个做主控，指

9、挥其他机器人以解决冲突问题。另外有学者提出了基于交通规则的分散式方法，但它适应于结构化的网络环境。四、多机器人系统未来主要研究方向1、高度自动化的命令接口目前，尽管机器人群体作为一个人工制造的智能群体，还处在比较初级的阶段，但是作为一个复杂系统，已能实实在在地体现人类的智慧和人类社会的形态。但人们创造机器人的主要目的是利用机器人协助或代替人类从事不便、危险或无法完成的任务，这就决定了机器人遵从人的指令。因此机器人如何更有效的理解人类的意图，让人类更方便、有效的向机器人发号施令，将是未来很重要的一个研究方向。2、机器人整体模型机器人实际上是仿生学的产物。作为一个参与群体活动的个体，如何对其能力进

10、行刻画，也就是如何对机器人进行形式化描述，定义机器人整体模型，是评价和组成一个机器人系统的必要手段。3、机器人社会学机器人根据作用的不同存在很多不同的种类，各类具有自主能力的机器人群，在执行任务时将会是一个较为复杂的机器人社会。在某些无人参与的场合，这些机器人群体的协同工作，实际上形成了一个短暂的社会活动。如何使这个社会正常有序、经济有效的运行，如何使不同类型的机器人构成合理的运行组织，并如何使受到破坏的组织迅速恢复，这将是机器人社会学研究的内容。而对于人机混合活动的人机社会学更是亟待深入研究发展的方向。4、机器人群体活动的评价方法和准则在群体机器人系统中，最集中和关键的问题表现在群体机器人系统的体系结构以及相应的协调和机制上。因此，如何定义和评价机器人群体的活动和准则，是群体机器人系统面临和需要解决的首要问题。5、结论可以预见群体机器人系统的应用将会对社会带来巨大变革，能极大地提高人们的生活质量以及工农业和国防现代化程度。目前对于群体机器人系统的研究还处于初级阶段，有许多方面的问题还有待于更深入的研究，这是一项富有挑战性的工作，在理论上、技术实现上都需要我们做更多的工作。参考文献：1谭民，范永，徐国华. 机器人群体协作与控制的研究.机器人.2001，23(2):1781822王