机器人群体在运行

北京航空航天大学以AS-R为平台开展的多机器人协调技术研究


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多机器人协调技术是当前人工智能领域的前沿研究方向,涉及到机器人、智能控制、网络通信技术、群体社会学、生物学等多门学科。

能力风暴智能移动机器人 AS-R/RF 具有强大的运动能力,拥有硬实时 TCP/IP ,带有无线通讯模块,非常适合开展多机器人协调的研究。

北京航空航天大学已经成功地实现了六台机器人的编队和聚散功能。研究者为自动化科学与电气工程学院的秦世引教授,他长期从事模式识别,人工智能,智能控制等方面的教学和科研工作,现任中国人工智能学会常务理事、副秘书长,智能控制与智能管理专业委员会副主任;中国自动化学会智能自动化专业委员会委员,系统复杂性专业委员会委员。从 2004 年起,秦教授选用六台能力风暴智能移动机器人 AS-R 及立体视觉、全景视觉等配件作为研究平台,开展群体机器人等方向的研究工作。

机器人群体系统是由机器人个体按照一定关系联系起来,并具有自我调整的功能,系统中机器人个体和机器人群体都要协作动作,以实现机器人群体的功能。借鉴组织行为学的理论,群体机器人系统研究对象包括机器人个体行为和机器人群体行为两个层次。机器人个体行为主要包括机器人个体对环境的感知、学习、响应以及自适应动作的协调。机器人群体行为是机器人个体行为的合成,典型的群体行为研究有集中行为、分散行为和编队行为等。机器人群体控制结构可分为集中式和分布式两种。集中式控制由一个机器人或者PC机对任务进行协调规划并集中调度;分散式控制中任务分配是通过机器人之间的交互来实现的,每个机器人基于自己的传感器信息和内部状态规划各自的行为,通过协商等手段消解冲突。

经过二十几年的发展,群体机器人系统的研究已在理论和实践方面取得很大的进展,并建立了一些多机器人仿真系统和实验系统。目前,国内关于群体机器人系统的研究刚刚起步,而国外的研究则比较活跃。欧盟专门设立了一个进行多机器人系统研究的MARTHA课题 ——“ 用于搬运的多自主机器人系统(multiple autonomous robots system for transport and handing application) ″ 。日本对群体机器人系统的研究开展得比较早,著名的研究有ACTRESS系统和CEBOT系统。ACTRESS系统是由日本H.Asama等人提出的通过设计底层的通讯结构而把机器人、周边设备和计算机等连接起来的自治多机器人智能系统,这个系统的主要特点是系统的单个动作和合作动作的并存。日本名古屋大学的Fukuda教授提出的CEBOT系统,每个机器人可以自主地运动,没有全局的数学模型,整个系统没有集中控制,可以根据任务和环境动态重构、可以具有学习和适应的群体智能,具有分布式的体系结构。美国学者K.Jin和G.Beni等研究了SWARM系统。SWARM系统是有大量自治机器人组成的分布式系统,其主要特点是机器人本身被认为无智能,它们在组成系统后,将表现出群体的智能。