群体机器人研究的现状和发展

２ 国内外群体机器人研究现状

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，没有全局的世界模型，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。在国内已开发出在车辆拥挤时自行移动的全方位移动结构，还开发了使用带有桶型自由辊的车轮，用３个传动装置驱动可自由地前后左右移动或旋转的递补结构。

我国群体机器人的研究相对于国外起步较晚，目前已逐渐引起人们的重视，上海交通大学，中国科学院，哈尔滨工业大学机器人研究所，东北大学等已先后开发出各种形式的群体机器人系统。

总体上说，国内外对群体机器人的研究已取得了令人瞩目的进展，但与工业机器人相比，实用性尚有很大的差距，需要解决以下几个方面的问题：

（１）如何使机器人个体之间相互通信和相互作用；
（２）如何在各机器人间表达、描述问题，分解和分配任务；
（３）如何保证机器人在行动中的行为协调一致；
（４）机器人彼此之间如何识别和解决冲突。

３ 群体机器人系统未来主要研究方向

３．１ 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。

３．２ 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。

３．３ 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，就典型的军用机器人来说，可分为航天、航空、地面、水下等多种类型。对于现代化战争，未来的战场一定是立体化、全方位、人机混杂的形态，因此，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。

３．４ 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。

参考文献

1. Fukuda T.Nakagwa S A Dynamically Reconfigruable Robotic System. International Conference on Industrial Electronics 1987
2. Koivo A J.Bekey G A Report of workshop on coordinated multiple robot manipulations: planning, control, and application 1988(1)
3. Asama H.Matsumoto A.Ishida Y Design of an Autonomous and Distributed Robot System: 1989
4. Buckley S J Fast Motion Planning for Multiple Moving Robots in Proceedings of IEEE International 1989
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6. He Kezhong.Sun Haihang Research of intelligent mobile robot key techniques 1996
7. Hor Maw-Kae Coordinating multiple groups of robots for gating process 1996(8)
8. Xu H A behavior-based blackboard architecture for reactive and efficient task execution of an autonomous robot 1997(1)
9. Azarm K.Schmidt G A Decentralized Approach for the Conflict-free Motion of Multiple Robots 1997(4)
10. Fukuda T.Sekiyama K Cooperation Behavior Between Autonomous Agent 1998

作者：江西省赣州南方冶金学院机器人研究室 张海英 刘祚时 林桂娟 来源：电子技术应用 2004 30(2)