多机器人合作与协调研究进展

ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用２００８，４４（２４）

１引言

在近５０年中，伴随着计算机技术和人工智能的飞速发展，机器人技术也日新月异。近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。然而就目前的机器人技术水平而言，单机器人在信息的获取、处理及控制能力等方面都是有限的，对于复杂的工作任务及多变的工作环境，单机器人的能力更显不足。于是人们考虑由多个机器人组成的多系统通过协调、协作来完成单机器人无法或难以完成的工作。多机器人系统比单机器人系统具有更强的优越性，主要表现在以下几方面：设计和制造多个简单机器人比单个复杂机器人更容易、成本更低；使用多机器人系统可以大大节约时间，提高效率；多机器人系统平行性和冗余性可以提高系统的柔性和鲁棒性等；通过多机器人系统内在特性提高完成任务的效率；通过共享资源（信息、知识等）弥补单机器人能力的不足，扩大完成任务的能力范围；利用系统内机器人资源的冗余性提高完成任务的可能性，增加系统的性能。

因此，进行多机器人系统的研究是机器人技术发展的必然趋势，必将对机器人技术的发展带来划时代的变革。２多机器人系统的研究

对于多机器人研究，目前国际上和国内已经取得了一定的成果，多机器人系统的研究是多种技术的综合。与之关系最密切相关的领域包括：控制理论，分布式人工智能，计算机技术，社会科学等。

多机器人的研究开始于２０世纪８０年代末期，经过２０年的发展，目前已经出现了一些典型的多机器人系统。它们包括：（１）ＡＣＴＲＥＳＳ（Ａｃｔｏｒ－ＢａｓｅｄＲｏｂｏｔａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳｙｎ－ｔｈｅｔｉｃＳｙｓｔｅｍ）［２］

这是一个由三个机器人和三个工作站组成的异构系统，其中三个工作站分别作为人机界面、图形处理器以及环境管理设备，它们共同协作完成环境中物体的移动工作。在该系统中可以采用不同的通讯机构进行通讯。

（２）ＣＥＢＯＴ（ＣｅｌｌｕｌａｒＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍ）［２］

ＣＥＢＯＴ系统是由日本Ｎａｇｏｙａ大学的Ｔ．Ｆｕｋｕｄａ教授领导的研究小组开发的一个典型的自重构机器人系统（Ｓｅｌｆ－Ｒｅｃｏｎ－ｆｉｇｕｒａｂｌｅＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍ）。自重构机器人系统以一些简单的功能、同样的形状（或种类）的标准模块为组件，根据目标任务的需要，对这些模块进行相应的组合，进而形成具有不同复杂功

多机器人合作与协调研究进展

张捍东，吴玉秀，岑豫皖

ＺＨＡＮＧＨａｎ－ｄｏｎｇ，ＷＵＹｕ－ｘｉｕ，ＣＥＮＹｕ－ｗａｎ

安徽工业大学电气信息学院，安徽马鞍山２４３００２

ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａａｎｓｈａｎ，Ａｎｈｕｉ２４３００２，Ｃｈｉｎａ

Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｘｉｕ＿ｗｕ＠１６３．ｃｏｍ

ＺＨＡＮＧＨａｎ－ｄｏｎｇ，ＷＵＹｕ－ｘｉｕ，ＣＥＮＹｕ－ｗａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００８，４４（２４）：２３８－２４１．

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ，ａｎａ－ｌｙｚｅｓｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｉｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｖｅｃｔｏｒｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔｓｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｗｏｒｋ—ｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔｄｙｎａｍｉｃｐｕｒｓｕｉｔｉｓｓｕｅｕｎｄｅｒｔｈｅｕｎｋｎｏｗｎａｎｄｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｍａｋｅｓｓｉｍｐｌｅｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｆｏｒｔｙｐｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ａｎｄｉｔｓｔａｔｅｓｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｔｕｄｙ，ｓｕｃｈａｓｏｂｊｅｃｔｉｖｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ｌｅａｒｎｉｎｇａｎｄｄｅｃｉｓｉｏｎｍａｋｉｎｇ，ａｎｄｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｒｅｍｏｖｉｎｇ，ａｎｄｓｏｏｎ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｆｏｒｅｃａｓｔｔｏｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｓｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｍａｄｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍ；ｄｙｎａｍｉｃｐｕｒｓｕｉｔ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｌｅａｒｎｉｎｇ；ｄｅｃｉｓｉｏｎｍａｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

摘要：介绍了多机器人合作与协调的国内外发展现状，重点讨论了多机器人合作与协调的研究载体——

—未知环境下的多机器人动态追捕问题，并针对不同的典型应用算法，作了简单的说明和比较。系统地阐明了多机器人合作与协调研究的有关方面，例如对象定义、环境探索、学习与决策、冲突消解等。在此基础上，对多机器人合作与协调的研究方向进行了展望。

关键词：多机器人系统；动态追捕；强化学习；决策系统

ＤＯＩ：１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－８３３１．２００８．２４．０７２文章编号：１００２－８３３１（２００８）２４－０２３８－０４文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＰ２４

基金项目：国家自然科学基金（ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａｕｎｄｅｒＧｒａｎｔＮｏ．５０４０７０１７）；安徽省教育厅自然科学基金重点项目（ｔｈｅＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＡｎｈｕｉＰｒｏｖｉｎｃｅｏｆＣｈｉｎａｕｎｄｅｒＧｒａｎｔＮｏ．２００６ＫＪ０１９Ａ，Ｎｏ．２００７ＫＪ０５２Ａ）。作者简介：张捍东（１９６３－），男，博士，教授，主要研究领域为控制理论与控制工程，系统理论，机器人系统；吴玉秀（１９８２－），男，在读硕士研究生，主要研究领域为多智能体信息处理与系统；岑豫皖（１９５１－），男，教授，主要研究领域为机电液系统与产品设计，机器人。

收稿日期：２００７－１１－１３修回日期：２００８－０３－０７

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