多機(jī)器人系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展

1、多機(jī)器人系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展論文導(dǎo)讀：機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展使機(jī)器人的能力不斷提高,機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍正不斷擴(kuò)展。經(jīng)過(guò)二十幾年的發(fā)展，多機(jī)器人系統(tǒng)的研究已在理論和實(shí)踐方面取得很大進(jìn)展，并建立了一些多機(jī)器人的仿真系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).目前，國(guó)內(nèi)的多機(jī)器人系統(tǒng)的研究剛剛起步.而國(guó)外的研究則比較活躍.歐盟設(shè)立專(zhuān)門(mén)進(jìn)行多機(jī)器人系統(tǒng)研究的做RTHA課題“用于搬運(yùn)的多自主機(jī)器人系統(tǒng)(multipleautonomousrobotfortransportandhandlingapplieation)“。關(guān)鍵詞：多機(jī)器人系統(tǒng)，研究現(xiàn)狀，發(fā)展 一、前言機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展使機(jī)器人的能力不斷提高, 機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域

2、和范圍正不斷擴(kuò)展。 從自動(dòng)化工廠(chǎng)的裝配工作到深海作業(yè)乃至核工業(yè)的故障處理、 太空中操作任務(wù)等都迫切需要機(jī)器人進(jìn)入角色。一方面, 由于任務(wù)的復(fù)雜性, 在單機(jī)器人難以完成任務(wù)時(shí), 人們希望通過(guò)多機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)與合作來(lái)完成。論文參考網(wǎng)。 另一方面, 人們也希望通過(guò)多機(jī)器人間的協(xié)調(diào)與合作, 來(lái)提高機(jī)器人系統(tǒng)在作業(yè)過(guò)程中的效率, 進(jìn)而當(dāng)機(jī)器人工作環(huán)境發(fā)生變化或系統(tǒng)局部發(fā)生故障時(shí), 多機(jī)器人之間仍可通過(guò)本身具有的協(xié)調(diào)與合作關(guān)系完成預(yù)定的任務(wù)。論文參考網(wǎng)。多機(jī)器人協(xié)調(diào)與合作作為一種新的機(jī)器人應(yīng)用形式日益引起國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的興趣與關(guān)注。論文參考網(wǎng)。二、現(xiàn)狀機(jī)器人群體協(xié)作系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣闊的.具有潛在的巨大

3、的技術(shù)市場(chǎng).如(l)工業(yè)領(lǐng)域:未來(lái)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中，機(jī)器人群體系統(tǒng)可以擔(dān)負(fù)起人類(lèi)的作用，如組織物料運(yùn)輸，生產(chǎn)加工和其它一些復(fù)雜的任務(wù).在一些危險(xiǎn)環(huán)境或惡劣環(huán)境中可以代替人類(lèi)自主完成一些復(fù)雜作業(yè)。(2)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域:大量的微機(jī)器人進(jìn)入場(chǎng)道、胃或血管等人體內(nèi)狹窄部位進(jìn)行校查、發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)病變;(3)軍事領(lǐng)域:使用機(jī)器人群體進(jìn)行偵察、巡邏，排雷等;(4)航天領(lǐng)域:利用機(jī)器人群體進(jìn)行衛(wèi)星和空間站的內(nèi)外維護(hù)以及星球探索等。經(jīng)過(guò)二十幾年的發(fā)展，多機(jī)器人系統(tǒng)的研究已在理論和實(shí)踐方面取得很大進(jìn)展，并建立了一些多機(jī)器人的仿真系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).目前，國(guó)內(nèi)的多機(jī)器人系統(tǒng)的研究剛剛起步.而國(guó)外的研究則比較活躍.歐盟設(shè)立專(zhuān)門(mén)進(jìn)行

4、多機(jī)器人系統(tǒng)研究的做RTHA課題“用于搬運(yùn)的多自主機(jī)器人系統(tǒng)(multipleautonomousrobotfortransportandhandlingapplieation)“。美國(guó)海軍研究部和能源部也對(duì)多機(jī)器人系統(tǒng)的研究進(jìn)行了資助。但從總體上講，目前多機(jī)器人系統(tǒng)的研究還處于發(fā)展的初期階段，離實(shí)用化還有很遠(yuǎn)的距離。三、多機(jī)器人系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容目前多機(jī)器人領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容主要有控制結(jié)構(gòu)(或體系結(jié)構(gòu))，通信相沖突的解決等問(wèn)題。其中，控制結(jié)構(gòu)和通信問(wèn)題屑于多機(jī)器人系統(tǒng)中的高級(jí)控制任務(wù)，而沖突的解決(包括防止死鎖和避磁及路徑規(guī)劃等問(wèn)題)則屬于多機(jī)器人系統(tǒng)中的低級(jí)控制任務(wù)。下面我們將對(duì)這三方面的研究

5、內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹:1、多機(jī)器人系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)是由大量具有環(huán)境觀(guān)察、任務(wù)規(guī)劃和操作功能的智能機(jī)器人組成。隨著科技的發(fā)展，這些智能機(jī)器人的智能、秉性和自主性變得越來(lái)越高。為了把這些智能機(jī)器人組織起來(lái)構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，就需要一個(gè)控制結(jié)構(gòu)?？刂平Y(jié)構(gòu)是描述為實(shí)現(xiàn)預(yù)定的行為必須如何把這些智能機(jī)器人連系到一起的，從而有效地完成某些任務(wù)。多智能體的控制結(jié)構(gòu)可分為集中式和分散式，而分散式又分為分層式相分布式，分布式結(jié)構(gòu)中所有的智能體相對(duì)于控制是平等的，分層式結(jié)構(gòu)在局部則是集中的。普遍認(rèn)為分散式結(jié)構(gòu)比集中式結(jié)構(gòu)在可靠性相魯棒性方面具有較高的性能?？刂平Y(jié)構(gòu)的主要研究問(wèn)題是設(shè)計(jì)出正確而合理的局部控制方案

6、，以能夠使多機(jī)器人系統(tǒng)能高效率地解決給定的問(wèn)題。2、多機(jī)器人系統(tǒng)在執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)與合作，因此機(jī)器人之間或上層控制和下層合作之間的通信是必不可少的。機(jī)器人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(fā)送和接收信息時(shí)能保持一致性，其最重要特征是通信時(shí)發(fā)送者和接收者同時(shí)“在線(xiàn)上”，而間接通信不需要發(fā)送和接收信息之間保持一致性。觀(guān)察是另一種間接通信方式，它的重點(diǎn)在接收者(觀(guān)察者)。盡管不是有意識(shí)地交換信息，但是無(wú)論信息是通過(guò)何種方式獲得的，間接通信總是起作用。一般來(lái)講，直接通信存在于有智能的機(jī)器人之間，而間接通信存在的范圍就比較廣，可存在于個(gè)體和個(gè)體通信，個(gè)體和群體通信，個(gè)

7、體和環(huán)境通信等。通常個(gè)體機(jī)器人與主控機(jī)器人(或控制中心)的信息交互(主要是工作信息和任務(wù)分配)通過(guò)直接通信實(shí)現(xiàn)，這樣減少了其余機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載:而主控機(jī)器人通常將機(jī)器人群中各機(jī)器人的當(dāng)前位置和狀態(tài)以廣播形式發(fā)出，供個(gè)體機(jī)器人參考，簡(jiǎn)化了發(fā)送方的工作。由于工業(yè)機(jī)器人一般位置固定，因此系統(tǒng)中多采取直接通信的方式，通過(guò)以太網(wǎng)(Ethemet)等通信網(wǎng)將多臺(tái)工業(yè)機(jī)器人連接在一起，根據(jù)某種協(xié)議進(jìn)行有線(xiàn)通信。選擇通信方式的基本要求是保證通信的有效性和實(shí)時(shí)性。但由于目前通信還存在許多瓶頸問(wèn)題，如負(fù)載量大則通信速度下降等，在應(yīng)用中直接通信過(guò)多會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性下降等。3、在多機(jī)器人系統(tǒng)中還有一個(gè)很重要的問(wèn)題就

8、是解決系統(tǒng)中的沖突。系統(tǒng)中沖突的形式是多種多樣的，主要有任務(wù)沖突、路徑?jīng)_突和空間沖突等。多機(jī)器人系統(tǒng)中的沖突很容易造成系統(tǒng)的混亂，嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的總體性能。解決沖突除了要有合理的控制結(jié)構(gòu)和通信方式外，也需要相應(yīng)的解決策略。在多機(jī)器人系統(tǒng)中，每個(gè)機(jī)器人都把其他機(jī)器人當(dāng)成障礙物來(lái)處理，并通過(guò)傳感器探測(cè)障礙物的有無(wú)。同時(shí)機(jī)器人也根據(jù)定期接收到的信息來(lái)處理傳感器的不確定性，并區(qū)分機(jī)器人障礙物和非機(jī)器人障礙物，由此選擇不同的處理方法。多機(jī)器人系統(tǒng)的沖突解決辦法很多，最直接的方法是采用集中控制器來(lái)決定所有機(jī)器人的無(wú)沖突路徑，但這種方法在實(shí)用性方面具有一定的缺陷。另一種方法就是沖突的機(jī)器人中有一個(gè)做主控，指

9、揮其他機(jī)器人以解決沖突問(wèn)題。另外有學(xué)者提出了基于交通規(guī)則的分散式方法，但它適應(yīng)于結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。四、多機(jī)器人系統(tǒng)未來(lái)主要研究方向1、高度自動(dòng)化的命令接口目前，盡管機(jī)器人群體作為一個(gè)人工制造的智能群體，還處在比較初級(jí)的階段，但是作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，已能實(shí)實(shí)在在地體現(xiàn)人類(lèi)的智慧和人類(lèi)社會(huì)的形態(tài)。但人們創(chuàng)造機(jī)器人的主要目的是利用機(jī)器人協(xié)助或代替人類(lèi)從事不便、危險(xiǎn)或無(wú)法完成的任務(wù)，這就決定了機(jī)器人遵從人的指令。因此機(jī)器人如何更有效的理解人類(lèi)的意圖，讓人類(lèi)更方便、有效的向機(jī)器人發(fā)號(hào)施令，將是未來(lái)很重要的一個(gè)研究方向。2、機(jī)器人整體模型機(jī)器人實(shí)際上是仿生學(xué)的產(chǎn)物。作為一個(gè)參與群體活動(dòng)的個(gè)體，如何對(duì)其能力進(jìn)

10、行刻畫(huà)，也就是如何對(duì)機(jī)器人進(jìn)行形式化描述，定義機(jī)器人整體模型，是評(píng)價(jià)和組成一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的必要手段。3、機(jī)器人社會(huì)學(xué)機(jī)器人根據(jù)作用的不同存在很多不同的種類(lèi)，各類(lèi)具有自主能力的機(jī)器人群，在執(zhí)行任務(wù)時(shí)將會(huì)是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)器人社會(huì)。在某些無(wú)人參與的場(chǎng)合，這些機(jī)器人群體的協(xié)同工作，實(shí)際上形成了一個(gè)短暫的社會(huì)活動(dòng)。如何使這個(gè)社會(huì)正常有序、經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)行，如何使不同類(lèi)型的機(jī)器人構(gòu)成合理的運(yùn)行組織，并如何使受到破壞的組織迅速恢復(fù)，這將是機(jī)器人社會(huì)學(xué)研究的內(nèi)容。而對(duì)于人機(jī)混合活動(dòng)的人機(jī)社會(huì)學(xué)更是亟待深入研究發(fā)展的方向。4、機(jī)器人群體活動(dòng)的評(píng)價(jià)方法和準(zhǔn)則在群體機(jī)器人系統(tǒng)中，最集中和關(guān)鍵的問(wèn)題表現(xiàn)在群體機(jī)器人系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的協(xié)調(diào)和機(jī)制上。因此，如何定義和評(píng)價(jià)機(jī)器人群體的活動(dòng)和準(zhǔn)則，是群體機(jī)器人系統(tǒng)面臨和需要解決的首要問(wèn)題。5、結(jié)論可以預(yù)見(jiàn)群體機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)對(duì)社會(huì)帶來(lái)巨大變革，能極大地提高人們的生活質(zhì)量以及工農(nóng)業(yè)和國(guó)防現(xiàn)代化程度。目前對(duì)于群體機(jī)器人系統(tǒng)的研究還處于初級(jí)階段，有許多方面的問(wèn)題還有待于更深入的研究，這是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的工作，在理論上、技術(shù)實(shí)現(xiàn)上都需要我們做更多的工作。參考文獻(xiàn)：1譚民，范永，徐國(guó)華. 機(jī)器人群體協(xié)作與控制的研究.機(jī)器人.2001，23(2):1781822王