Simmons 等人[40.1 開(kāi)發(fā)了一種混合體系結(jié)構(gòu)，稱 為分布式機(jī)器人體系結(jié)構(gòu) ( DIRA) 。與 Nerd Herd 和 ALLIANCE方法類似，DIRA 方法允許單個(gè)機(jī)器人的自主權(quán)。但是，不像前述方法，DIRA 有利于機(jī)器人 之間的直接協(xié)同。這種方法基于分層體系結(jié)構(gòu)，后者 在單機(jī)器人系統(tǒng)中很流行(參見(jiàn)第8章)。在這種方 法中(見(jiàn)圖40.4),每一個(gè)機(jī)器人的控制體系包括一 個(gè)規(guī)劃層來(lái)決定如何取得高階的目標(biāo)；一個(gè)執(zhí)行層用 于同步各單元，任務(wù)序列，并監(jiān)控任務(wù)的執(zhí)行；一個(gè)行為層，與機(jī)器人的傳感器和致動(dòng)器交互。上述每一 層又分別與其上下的層相交互。并且，在每一層機(jī)器 人能夠通過(guò)直接連接彼此交互。

這種體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)在由三個(gè)機(jī)器人組成的機(jī)器 人隊(duì)伍中得到證明 輛起重機(jī)， 一輛攝像流動(dòng) 車，一個(gè)可移動(dòng)機(jī)械手——執(zhí)行一項(xiàng)結(jié)構(gòu)裝配任務(wù) (見(jiàn)圖40.5)。這項(xiàng)任務(wù)需要機(jī)器人協(xié)作將一道橫梁 連接到指定位置。在這些示范中， 一個(gè)領(lǐng)班機(jī)器人 決定哪一個(gè)機(jī)器人應(yīng)該在何時(shí)移動(dòng)橫梁。 一開(kāi)始， 起重機(jī)機(jī)器人基于編碼器反饋將橫梁移動(dòng)到目標(biāo)位 置的附近。然后，領(lǐng)班機(jī)器人在攝像流動(dòng)車和起重 機(jī)之間設(shè)置一個(gè)行為閉環(huán)，以將橫梁伺服到更靠近 目標(biāo)位置點(diǎn)。一旦橫梁足夠靠近，領(lǐng)班機(jī)器人隨后 分配任務(wù)給攝像流動(dòng)車和移動(dòng)機(jī)械手，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 抓住橫梁。開(kāi)始接觸后，領(lǐng)班機(jī)器人指揮攝像流動(dòng) 車和移動(dòng)機(jī)械手相互協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)橫梁到達(dá)目標(biāo)，任務(wù) 完成。

在多機(jī)器人系統(tǒng)研究中有一個(gè)基本假設(shè)，即使機(jī) 器人缺乏完整的全局信息，通過(guò)機(jī)器人之間的交互也 可以獲得全局連續(xù)的有效解。但是，要獲得這些全局 連續(xù)解需要機(jī)器人獲取有關(guān)同伴的狀態(tài)或者行動(dòng)信 息。該信息可通過(guò)很多方法獲得，三種Z常見(jiàn)的方 法是： 1)利用環(huán)境中的內(nèi)在通信(稱為間接通信), 機(jī)器人通過(guò)對(duì)環(huán)境的作用來(lái)感知同伴的行動(dòng)效果 (例如參考文獻(xiàn)[40.6,12-16])。

2)被動(dòng)行為識(shí)別，機(jī)器人利用傳感器來(lái)直接觀 測(cè)同伴的行動(dòng)(例如參考文獻(xiàn)[40. 17])。

3)顯式(有目的的)通信，機(jī)器人通過(guò)某些主 動(dòng)方式，例如無(wú)線電(例如參考文獻(xiàn)[40.9,18-

20]),有目的地直接交流相關(guān)信息。

每一種在機(jī)器人之間交換信息的機(jī)制各有利弊[40.21]。間接通信方法的吸引力在于它很簡(jiǎn)潔，不依 賴于固定的信道和協(xié)議。但是，它受限制于機(jī)器人的 環(huán)境感知反映任務(wù)顯著狀態(tài)的程度，該任務(wù)是機(jī)器人 隊(duì)伍需要要完成的。被動(dòng)式行為識(shí)別的吸引力在于它 不依賴于有限的帶寬和容易出錯(cuò)的通信機(jī)制。在內(nèi)在 協(xié)同方面，它受限于機(jī)器人成功理解傳感器信息的程 度，以及分析機(jī)器人同伴行動(dòng)的難度。Z后，顯示通 信方法的吸引力在于機(jī)器人能夠直接和容易地意識(shí)到 同伴的行動(dòng)和/或目標(biāo)。顯式通信在多機(jī)器人中主要 用來(lái)對(duì)通信進(jìn)行協(xié)同，交換信息，以及機(jī)器人之間的 協(xié)商。顯式通信可用來(lái)處理隱藏狀態(tài)問(wèn)題40.227,有 限的傳感器不能區(qū)分環(huán)境的不同狀態(tài)，而這些狀態(tài)對(duì) 于任務(wù)性能極為重要。但是，顯式通信的故障包容度 和可靠性有限，因?yàn)樗�通常依賴于一個(gè)嘈雜且?guī)�寬�?限的信道，而不能持續(xù)地連接機(jī)器人隊(duì)伍中的所有成 員。因此，使用顯式通信的方法需要提供處理通信失 效與消息丟失的機(jī)制。

設(shè)計(jì)階段在多機(jī)器人隊(duì)伍中選擇合適的通信， 取決于多機(jī)器人隊(duì)伍所要完成的任務(wù)。需要仔細(xì)考 慮替代通信方案的成本和好處，來(lái)決定能夠可靠獲 得所需系統(tǒng)性能的方法。研究者一般同意通信能夠 對(duì)團(tuán)隊(duì)性能產(chǎn)生很強(qiáng)的正面影響。 MacLennan 的 工 作[40.23是Z早說(shuō)明該影響的研究之一，他研究了通 信在模擬環(huán)境中的進(jìn)化，并得出結(jié)論，本地機(jī)器人 信息的通信能產(chǎn)生極大的性能提高。有趣的是，對(duì) 于很多代表性的應(yīng)用，研究者們發(fā)現(xiàn)通信信息量與 它對(duì)機(jī)器人隊(duì)伍的影響之間存在非線性關(guān)系。 Balch 和Arkin的研究[40.24]證實(shí)，通常，即便是很小的信 息量都能對(duì)隊(duì)伍產(chǎn)生重大的影響。但是，更多的信 息并不一定會(huì)持續(xù)提高性能，因?yàn)檫@會(huì)很快使通信 帶寬過(guò)載而產(chǎn)生不了應(yīng)用好處。多機(jī)器人系統(tǒng)的挑 戰(zhàn)在于找出能提高性能但又不會(huì)使通信帶寬飽和的 Z優(yōu)信息片段用于交換。當(dāng)前，沒(méi)有通用方法能識(shí) 別這些關(guān)鍵的信息是否可用；因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需 要根據(jù)具體的應(yīng)用來(lái)決定哪些信息需要通信。 Dudek 的多機(jī)器人分類系統(tǒng)包括與通信相關(guān)的軸線，內(nèi)容 包含通信范圍，通信拓?fù)浜屯ㄐ艓�寬。這些特征可 用來(lái)比較和對(duì)照多機(jī)器人系統(tǒng)。

在多機(jī)器人隊(duì)伍通信的活躍研究中有幾項(xiàng)是關(guān)于 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接和拓?fù)洌焕�如，機(jī)器人隊(duì)伍需要能夠在 移動(dòng)中保持通信連接，或者利用恢復(fù)戰(zhàn)略使機(jī)器人隊(duì) 伍在通信連接中斷的時(shí)候復(fù)原。這些問(wèn)題要求機(jī)器人 根據(jù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期效果或者對(duì)信息通過(guò)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 的預(yù)期傳播行為的了解來(lái)相應(yīng)調(diào)整行動(dòng)。