自從20世紀80年代Z早有關多移動機器人系統 的研究以后,該領域已經顯著成長,涵蓋了大量的研 究成果。在Z一般的層次,多移動機器人系統分為兩 大類:協同集群系統和主動協作系統。在協同集群系 統中,機器人執行各自的任務而很少需要知道其他機 器人同伴的情況。這些系統的特征是假設有很多無差 別移動機器人,每個機器人利用本地控制法則來產生 全局連貫的團隊行為。另一方面,主動協作系統中的 機器人知道環境中其他機器人的存在,并基于團隊成 員的狀態、行為或者功能來一起行動以完成同一個目 標。主動協作系統機器人考慮其他機器人的行為或狀 態的程度不一樣,可導致強或者弱的協作方案[40.31。 強協作方案執行不容易串行化的任務,要求機器人共 同行動以完成目標。這些方法要求機器人之間的某種 通信和同步。弱協作方案在協調機器人任務和角色選 擇之后允許機器人有d立運行的時間。主動協作多機 器人系統能夠處理機器人隊伍成員的差異性,例如傳 感器和執行器的功能不一樣。在這些系統中,機器人 的協同與協同集群機器人的方法很不一樣,因為機器 人之間不再是可互換的。
為多機器人隊伍設計總體控制體系結構對于系統 的魯棒性和可伸縮性有重要的影響。多機器人隊伍的 機器人體系結構的基本組成部件與單個機器人系統相 同。然而,多機器人系統需要 處理機器人的交互以及如何從隊伍中單個機器人的控 制體系結構來產生群體的行為。多機器人隊伍體系結 構可以有幾種不同的分類標準;Z常見的是集中式、 分層式、分布式和混合式。
集中式體系結構從單個控制點來協同整個隊伍, 這在理論上是可能的[40.41,但是,由于對單個失效 點很脆弱,并且以適合實時控制的頻率將整個系統 的狀態傳回處理單元的難度很高,該結構通常 在實際使用中并不切實際。在與此類結構有關的應 用中,從控制器可以很方便地觀察各機器人, 并能夠很容易地廣播群組消息供所有機器人 遵循[40.5]
分層式系統結構對某些應用是實用的。在這種控 制方法中,每一個機器人監督相對較少的一組機器人 的行動,而該組中的每一個機器人又依次監督另外的 一組機器人,以此類推,直至僅僅只執行本身任務的 Z底層的機器人。這種結構比集中式方法能更好地縮 放,類似于軍事上的命令與控制。分層式控制體系結 構的一個局限是當控制樹中處于高層的機器人失效 時,復原很困難。
分布式控制體系結構是多機器人隊伍Z常用的方 法,通常只需要機器人基于對本地情況的了解來采取 行動。這種控制方法對失效有高度的魯棒性,因為機 器人不需要負責控制另外的機器人。但是,要在這些 系統中獲得全局一致性很困難,因為高層的目標需要 要整合到每一個機器人的本地控制。如果目標改變, 則很難修改單個機器人的行為。
混合式控制體系結構結合本地控制與高層次控制 方法來獲得魯棒性和通過全局目標、計劃或控制來影 響整個團隊行為的能力。許多多機器人控制方法應用 了混合式系統結構。
這些年來已經開發了很多的多機器人控制體系結 構 。這里我們集中描述三種方法來說明控制體系結構 的整個范圍。D一種,Nerd Herd 方法,是使用多個 無差別機器人的純群體機器人方法的代表。第二種, ALLIANCE,是基于行為方法的代表,能夠協同多機 器人,并且在沒有直接協同的情況下仍可控制非均勻 機器人。第三種,分布式機器人體系結構 ( DIRA), 是一種混合式方法,可在非均勻機器人隊伍中取得機 器人自動化和直接協同。
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