機(jÄ«)å™¨äººå‘æ™ºèƒ½åŒ–的發(fÄ)展åŠå…¶é—œ(guÄn)éµæŠ€è¡“(shù)
時(shÃ)間:2007-06-27 14:15:00來æºï¼šlijuan
å°Ž(dÇŽo)語:? 機(jÄ«)器人是多å¸(xué)科交å‰çš„產(chÇŽn)物,集æˆäº†é‹(yùn)å‹•(dòng)å¸(xué)與動(dòng)力å¸(xué)ã€æ©Ÿ(jÄ«)械è¨(shè)計(jì)èˆ‡åˆ¶é€ ã€è¨ˆ(jì)算機(jÄ«)硬件與軟件。
ä¸€ã€æ©Ÿ(jÄ«)å™¨äººå‘æ™ºèƒ½åŒ–的發(fÄ)展
機(jÄ«)器人是多å¸(xué)科交å‰çš„產(chÇŽn)物,集æˆäº†é‹(yùn)å‹•(dòng)å¸(xué)與動(dòng)力å¸(xué)ã€æ©Ÿ(jÄ«)械è¨(shè)計(jì)èˆ‡åˆ¶é€ ã€è¨ˆ(jì)算機(jÄ«)ç¡¬ä»¶èˆ‡è»Ÿä»¶ã€æŽ§åˆ¶èˆ‡å‚³æ„Ÿå™¨ã€æ¨¡å¼è˜åˆ¥èˆ‡äººå·¥æ™ºèƒ½ç‰å¸(xué)ç§‘é ˜(lÇng)域的先進(jìn)ç†è«–與技術(shù)ã€‚åŒæ™‚(shÃ)ï¼Œå®ƒåˆæ˜¯ä¸€é¡žå…¸åž‹çš„自動(dòng)化機(jÄ«)器,是專用自動(dòng)機(jÄ«)å™¨ã€æ•¸(shù)控機(jÄ«)器的延伸與發(fÄ)展。當(dÄng)å‰ï¼Œç¤¾æœƒ(huì)需求和技術(shù)進(jìn)æ¥éƒ½å°æ©Ÿ(jÄ«)å™¨äººå‘æ™ºèƒ½åŒ–發(fÄ)展æå‡ºäº†æ–°çš„è¦æ±‚。
1. 自動(dòng)化應(yÄ«ng)ç”¨é ˜(lÇng)域的擴(kuò)展尿™ºèƒ½æ©Ÿ(jÄ«)器人åŠç³»çµ±(tÇ’ng)æå‡ºäº†æ–°çš„需求
隨著社會(huì)進(jìn)æ¥çš„æ¥ä¼æ—¥ç›ŠåŠ å¿«ï¼Œå°è‡ªå‹•(dòng)化的需求æ£åœ¨å¾žåˆ¶é€ æ¥(yè)å‘工程ã€ç¤¾æœƒ(huì)ã€ç”Ÿæ´»ç‰å»£æ³›é ˜(lÇng)域擴(kuò)å±•ã€‚åŽŸä¾†åœ¨å·¥å» çµ(jié)æ§‹(gòu)化環(huán)境下工作的自動(dòng)機(jÄ«)器或工æ¥(yè)機(jÄ«)器人,é©åˆäºŽå¤§è¦(guÄ«)模ã€è¼ƒå°‘柔性和變動(dòng)的生產(chÇŽn)ç’°(huán)å¢ƒï¼Œå°æ™ºèƒ½ç¨‹åº¦å¹¶ç„¡éŽé«˜è¦æ±‚ï¼Œè€Œåœ¨å»£æ³›é ˜(lÇng)域內(nèi)所需è¦çš„自動(dòng)機(jÄ«)å™¨ï¼Œå‰‡è¦æ»¿è¶³ä¸åŒçš„éžçµ(jié)æ§‹(gòu)ç’°(huán)境下的ä¸åŒéœ€æ±‚ï¼Œå¿…é ˆå…·æœ‰ç¶œåˆé›†æˆå’Œè‡ªä¸»çš„能力,å‘以技術(shù)集æˆç‚ºç‰¹å¾å¾çš„æ™ºèƒ½æ©Ÿ(jÄ«)器人發(fÄ)展。
2ï¼Žä¿¡æ¯æŠ€è¡“(shù)與機(jÄ«)器人的互動(dòng)發(fÄ)展æå‡äº†æ©Ÿ(jÄ«)器人的高技術(shù)å«é‡
ä¿¡æ¯æŠ€è¡“(shù)需è¦è¼‰é«”,用信æ¯åŒ–æ”¹é€ å‚³çµ±(tÇ’ng)å·¥æ¥(yè)å’Œå„è¡Œå„æ¥(yè),最åŽéƒ½è¦è½å¯¦(shÃ)到用自動(dòng)機(jÄ«)器去完æˆä¿¡æ¯çš„物化,機(jÄ«)器人就是其載體之一。而å¦ä¸€æ–¹é¢ï¼Œä¿¡æ¯æŠ€è¡“(shù)的發(fÄ)展,特別是高性能計(jì)算機(jÄ«)ã€é€šè¨Šç¶²(wÇŽng)絡(luò)和電åå™¨ä»¶ã€æ¨¡å¼è˜åˆ¥å’Œä¿¡è™Ÿè™•ç†ã€è»Ÿä»¶ç‰æŠ€è¡“(shù)的進(jìn)展,åˆå¯ä¿ƒé€²(jìn)機(jÄ«)器人本身“智力â€å’Œâ€œé«”質(zhì)â€çš„增強(qiáng),為機(jÄ«)å™¨äººå‘æ™ºèƒ½åŒ–ã€å¤šæ¨£åŒ–發(fÄ)展創(chuà ng)é€ æ¢ä»¶ï¼Œæ©Ÿ(jÄ«)器人技術(shù)èˆ‡ä¿¡æ¯æŠ€è¡“(shù)的這種互動(dòng)發(fÄ)å±•åœ¨ä¿¡æ¯æŠ€è¡“(shù)飛速發(fÄ)展的今天更為çªå‡ºï¼Œé€™ä½¿æ©Ÿ(jÄ«)器人的高技術(shù)å«é‡ä¸æ–·å¾—到æå‡ï¼Œå§‹çµ‚處于高技術(shù)ç ”ç©¶çš„å‰æ²¿ã€‚
3.åœç¹žæ©Ÿ(jÄ«)器人的概念創(chuà ng)æ–°ã€æŠ€è¡“(shù)創(chuà ng)新是國際科技競çˆçš„é‡è¦æ–¹é¢
機(jÄ«)器人由于本身具有無é™çš„æƒ³è±¡ç©ºé–“,æ·ä¾†æ˜¯æ¦‚念創(chuà ng)æ–°ã€æŠ€è¡“(shù)創(chuà ng)æ–°çš„æºæ³‰ï¼Œç„¡è«–æ˜¯åœ¨ç©ºé–“ã€æ°´ä¸‹ã€æ•‘ç½(zÄi)ã€æœå‹™(wù)ã€é†«(yÄ«)療ã€å¨›æ¨‚â€¦â€¦é ˜(lÇng)åŸŸï¼Œéƒ½å¯æ ¹æ“š(jù)需è¦è¨(shè)æƒ³å‡ºå…·æœ‰å°æ‡‰(yÄ«ng)功能的智能機(jÄ«)器人,而且這種想象空間由低到高,永無æ¢å¢ƒã€‚ç•¶(dÄng)å‰ï¼Œç”±äºŽè‡ªå‹•(dòng)化的概念æ£åœ¨æ€¥é€Ÿå‘å»£æ³›é ˜(lÇng)域擴(kuò)å±•ï¼Œè€Œä¿¡æ¯æŠ€è¡“(shù)的發(fÄ)å±•åˆæ¥µå¤§åœ°æé«˜äº†æ©Ÿ(jÄ«)器人的智能程度,使這種想象空間的擴(kuò)展有了需求和實(shÃ)ç¾(xià n)çš„å¯èƒ½ï¼Œå¾žè€Œæœƒ(huì)æ›´åŠ æ¿€å‹µ(lì)åœç¹žæ©Ÿ(jÄ«)器人的概念創(chuà ng)新和技術(shù)創(chuà ng)新,并蘊(yùn)å«è‘—產(chÇŽn)生å„種競çˆå‰æ ¸å¿ƒæŠ€è¡“(shù)çš„å¯èƒ½æ€§ï¼Œå¾žè€Œå¿…然是國際科技創(chuà ng)æ–°çš„é‡è¦ç«¶çˆé»ž(diÇŽn)。
4.機(jÄ«)器人是自動(dòng)åŒ–é ˜(lÇng)域ä¸å¯Œæœ‰ä»£è¡¨æ€§å’Œç”Ÿå‘½åŠ›çš„äº®é»ž(diÇŽn)
機(jÄ«)器人是多å¸(xué)科交å‰çš„產(chÇŽn)物,但隨著機(jÄ«)器人應(yÄ«ng)用環(huán)境和任務(wù)的復(fù)雜化,在éžçµ(jié)æ§‹(gòu)復(fù)雜環(huán)境下的信æ¯ç¶œåˆèˆ‡è™•ç†ã€é‡å°å¾©(fù)雜任務(wù)çš„è¦(guÄ«)劃和å”(xié)調(dià o)的難度和影響變得çªå‡ºï¼Œéœ€è¦é‡‡ç”¨ä¿¡æ¯å饋ã€å„ª(yÅu)化控制ã€å”(xié)調(dià o)集æˆçš„ç†è«–ã€æ–¹æ³•與技術(shù)去解決,控制å¸(xué)科在系統(tÇ’ng)優(yÅu)化和綜åˆé›†æˆæ–¹é¢çš„優(yÅu)勢,將越來越在智能機(jÄ«)器人ä¸ç™¼(fÄ)æ®ä¸»å°Ž(dÇŽo)作用。而智能機(jÄ«)器人作為一種自動(dòng)化系統(tÇ’ng),無論在ç†è«–與技術(shù)的覆蓋é¢èˆ‡å‰æ²¿æ€§ã€èˆ‡å„種先進(jìn)ä¿¡æ¯æŠ€è¡“(shù)çš„çµ(jié)åˆä»¥åŠç‰©ç†å¯¦(shÃ)ç¾(xià n)的多樣性方é¢éƒ½æ˜¯å…¶å®ƒä»»ä½•一類自動(dòng)化系統(tÇ’ng)所ä¸èƒ½æ¯”æ“¬çš„ã€‚å› æ¤ï¼Œæ©Ÿ(jÄ«)器人在自動(dòng)化科å¸(xué)技術(shù)ä¸çš„代表性和地ä½å°‡éš¨è‘—其應(yÄ«ng)用范åœçš„æ‹“å¯¬ã€æ‰€é‡‡ç”¨ä¿¡æ¯æŠ€è¡“(shù)的更新和智能程度的æé«˜ï¼Œå¾—到進(jìn)一æ¥çš„èª(rèn)å¯ã€‚
äºŒã€æ™ºèƒ½æ©Ÿ(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)åŠå…¶é—œ(guÄn)éµæŠ€è¡“(shù)
在機(jÄ«)å™¨äººå‘æ™ºèƒ½åŒ–的發(fÄ)展ä¸ï¼Œå¤šæ©Ÿ(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)是一類具有覆蓋性的技術(shù)集æˆå¹³è‡º(tái)。如果說單個(gè)機(jÄ«)å™¨äººçš„æ™ºèƒ½åŒ–é‚„åªæ˜¯ä½¿å€‹(gè)é«”çš„äººè®Šå¾—æ›´è°æ˜Žï¼Œé‚£ä¹ˆå¤šæ©Ÿ(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)則ä¸ä½†è¦æœ‰ä¸€æ‰¹è°æ˜Žçš„äººï¼Œé‚„è¦æ±‚他們能有效地åˆä½œã€‚所以它ä¸åƒ…åæ˜ 了個(gè)é«”æ™ºèƒ½ï¼Œè€Œä¸”åæ˜ 了集體智能,是å°äººé¡žç¤¾æœƒ(huì)生產(chÇŽn)活動(dòng)的想象和創(chuà ng)新探索。
多機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)有著廣泛的應(yÄ«ng)用背景,它與自動(dòng)化å‘éžåˆ¶é€ é ˜(lÇng)域的擴(kuò)展有著密切的è¯(lián)系,由于應(yÄ«ng)用環(huán)境轉(zhuÇŽn)å‘éžçµ(jié)æ§‹(gòu)化,多移動(dòng)機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)應(yÄ«ng)èƒ½é©æ‡‰(yÄ«ng)任務(wù)的變化以åŠç’°(huán)境的ä¸ç¢ºå®šæ€§ï¼Œå¿…é ˆå…·æœ‰é«˜åº¦çš„æ±ºç–æ™ºèƒ½ï¼Œå› 而,å°å¤šç§»å‹•(dòng)機(jÄ«)器人å”(xié)ä½œçš„ç ”ç©¶å·²ä¸å–®ç´”是控制的å”(xié)調(dià o),而是整個(gè)系統(tÇ’ng)çš„å”(xié)調(dià o)與åˆä½œã€‚在這里,多機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)的組織與控制方å¼åœ¨å¾ˆå¤§ç¨‹åº¦ä¸Šæ±ºå®šäº†ç³»çµ±(tÇ’ng)的有效性。
多機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)還是實(shÃ)ç¾(xià n)分布å¼äººå·¥æ™ºèƒ½çš„典范。分布å¼äººå·¥æ™ºèƒ½çš„æ ¸å¿ƒæ˜¯æŠŠæ•´å€‹(gè)系統(tÇ’ng)分æˆè‹¥å¹²æ™ºèƒ½ã€è‡ªæ²»çš„å系統(tÇ’ng),它們在物ç†å’Œåœ°ç†ä¸Šåˆ†æ•£ï¼Œå¯ç¨(dú)立地執(zhÃ)行任務(wù)ï¼ŒåŒæ™‚(shÃ)åˆå¯é€šéŽé€šä¿¡äº¤æ›ä¿¡æ¯ï¼Œç›¸äº’å”(xié)調(dià o),從而åŒå®Œæˆæ•´é«”任務(wù),這無疑å°å®Œæˆå¤§è¦(guÄ«)模和復(fù)的任務(wù)是富有å¸å¼•åŠ›çš„ï¼Œå› è€Œå¾ˆå¿«åœ¨è»äº‹ã€ä¿¡åŠå…¶ä»–應(yÄ«ng)ç”¨é ˜(lÇng)域得到了廣泛é‡è¦–。多機(jÄ«)器å”(xié)作系統(tÇ’ng)æ£æ˜¯é€™ç¨®ç†å¿µçš„具體實(shÃ)ç¾(xià n)ï¼Œå…¶ä¸æ¯æ©Ÿ(jÄ«)器人都å¯çœ‹ä½œæ˜¯è‡ªä¸»çš„æ™ºèƒ½é«”,這種多智體機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)MARS(Multi—AgentRoboticSystems)ç¾(xià n)å·²æˆç‚ºæ©Ÿ(jÄ«)器人å¸(xué)ä¸ä¸€å€‹(gè)æ–°çš„ç ”ç©¶ç†±é»ž(diÇŽn)。
多移動(dòng)機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)由于具有移動(dòng)功能,能在éžçµ(jié)æ§‹(gòu)ç’°(huán)境下完æˆå¾©(fù)雜任務(wù),是多機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)䏿œ€å…·å…¸åž‹æ„義和應(yÄ«ng)ç”¨å‰æ™¯ã€ä¹Ÿæ˜¯å¾—åˆ°æœ€å»£æ³›ç ”ç©¶çš„ä¸€é¡žç³»çµ±(tÇ’ng)。以下就以多移動(dòng)機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)為代表,介紹智能機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)的主è¦é—œ(guÄn)éµæŠ€è¡“(shù):
1.體系çµ(jié)æ§‹(gòu)
體系çµ(jié)æ§‹(gòu)是系統(tÇ’ng)䏿©Ÿ(jÄ«)器人之間é‚輯上和物ç†ä¸Šçš„ä¿¡æ¯é—œ(guÄn)系和控制關(guÄn)系,以åŠå•題解能力的分布模å¼ï¼Œå®ƒæ˜¯å¤šç§»å‹•(dòng)機(jÄ«)器人å”(xié)作行為的基礎(chÇ”)。一般地,多移動(dòng)機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)的體系çµ(jié)æ§‹(gòu)分為集ä¸å¼ï¼ˆCentralized)和分å¼ï¼ˆDistributed)兩種。集ä¸å¼é«”ç³»çµ(jié)æ§‹(gòu)å¯ç”¨ä¸€å€‹(gè)單一的主控機(jÄ«)器人(Leader)來è¦(guÄ«)劃,該機(jÄ«)器人具有關(guÄn)于系統(tÇ’ng)活動(dòng)的所有信æ¯ã€‚而分布å¼é«”ç³»çµ(jié)æ§‹(gòu)則沒有這樣一個(gè)機(jÄ«)å™¨äººï¼Œå…¶ä¸æ‰€æœ‰æ©Ÿ(jÄ«)器人相å°äºŽæŽ§åˆ¶æ˜¯å¹³ç‰çš„。盡管集ä¸å¼é«”ç³»çµ(jié)æ§‹(gòu)å¯å¯¦(shÃ)ç¾(xià n)全局最優(yÅu)æ±‚è§£ï¼Œä½†å› è€ƒæ…®åˆ°ä¸ç¢ºå®šæ€§å½±éŸ¿ï¼Œå¯¦(shÃ)際上人們更å好分布å¼çµ(jié)æ§‹(gòu)。近年采,在分布å¼é«”ç³»çµ(jié)æ§‹(gòu)ä¸ï¼Œç‚ºäº†å…‹æœæ©Ÿ(jÄ«)器人在實(shÃ)際環(huán)境ä¸å°ç’°(huán)境建模的困難,,æé«˜å¤šç§»å‹•(dòng)機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)çš„é¯æ£’性和作æ¥(yè)能力,一些å¸(xué)è€…é‡‡ç”¨äº†åŸºäºŽè¡Œç‚ºçš„åæ‡‰(yÄ«ng)å¼æŽ§åˆ¶é«”åŠ›ï¼Œä¸€äº›å¸(xué)è€…é‡‡ç”¨äº†åŸºäºŽè¡Œç‚ºçš„åæ‡‰(yÄ«ng)å¼æŽ§åˆ¶é«”ç³»çµ(jié)æ§‹(gòu),將åˆä½œè¡Œç‚ºå»ºç«‹åœ¨ä¸€ç¨®å應(yÄ«ng)模å¼ä¸Šï¼ŒåŠ å¿«äº†ç§»å‹•(dòng)機(jÄ«)器人å°å¤–界的響應(yÄ«ng),é¿å…了復(fù)雜的推ç†ï¼Œå¾žè€Œæé«˜äº†ç³»çµ±(tÇ’ng)的實(shÃ)時(shÃ)性。
2.感知
感知是智能機(jÄ«)器人行動(dòng)的基礎(chÇ”),包括“感覺â€ï¼ˆå‚³æ„Ÿï¼‰å’Œâ€œçŸ¥é“與ç†è§£â€ä¿¡æ¯èžåˆèˆ‡åˆ©ç”¨ï¼‰ã€‚在移動(dòng)機(jÄ«)å™¨äººä¸æœ€ä¸»è¦çš„æ„ŸçŸ¥å•題是定ä½å’Œç’°(huán)境建模å•題[7]o雖然已有里程計(jì)推算ã€åŸºäºŽè¦–覺的路標(biÄo)è˜åˆ¥ã€åŸºäºŽåœ°åœ–匹é…的全局定ä½ã€é™€èžºå°Ž(dÇŽo)航ã€GPSç‰å¤šç¨®å®šä½æ–¹æ³•,但在未知éžçµ(jié)æ§‹(gòu)ç’°(huán)境ä¸ï¼Œç›®å‰æœ‰GPSæ‰èƒ½å¯¦(shÃ)ç¾(xià n)å¯å¯¦(shÃ)用的全局定ä½ã€‚但GPSåŒæ™‚(shÃ)å—到精度ã€å®‰å…¨ç‰å› ç´ çš„é™åˆ¶ã€‚如何借助機(jÄ«)器人之間的é…åˆæé«˜å®šä½å’Œç’°(huán)å¢ƒå»ºæ¨¡èƒ½åŠ›ï¼Œæ˜¯ç ”ç©¶å¤šç§»å‹•(dòng)機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)智能的é‡è¦å…§(nèi)容。近年來,æå‡ºäº†å¤šç¨®ç’°(huán)境地圖建立與定ä½çš„åŒæ¥è™•ç†æ–¹æ³•[8],其ä¸ç’°(huán)境建模與定ä½éŽç¨‹æ˜¯ç›¸äº’伴隨的,兩者在彼æ¤è¿ä»£çš„éŽç¨‹ä¸é€æ¥æ¸…æ™°åŒ–ï¼Œä½†å¾€å¾€è¦æ±‚苛刻的環(huán)境æ¢ä»¶ã€‚æ¤å¤–,在ä¸å°‘å”(xié)作任務(wù)ä¸åªéœ€è¦åˆä½œè€…間的相å°ä½ç½®ä¿¡æ¯ï¼Œå¦‚編隊(duì)åŠå±€éƒ¨é¿ç¢°ç‰ï¼Œå› æ¤åŸºäºŽå‚³æ„Ÿå™¨çš„局部定ä½ä¹Ÿå—到關(guÄn)注,機(jÄ«)器人之間通éŽè¶…è²ã€ç´…å¤–ã€æ¿€å…‰æˆ–視覺ç‰å‚³æ„Ÿå™¨ç›¸äº’探測,然åŽé€šéŽçµ±(tÇ’ng)計(jì)ã€æ¿¾æ³¢ç‰ç®—法進(jìn)行信æ¯èžåˆï¼Œç”±æ¤å¾—到系統(tÇ’ng)ä¸å„機(jÄ«)器人的相å°ä½ç½®ã€‚
3.è¦(guÄ«)劃
è¦(guÄ«)劃å•題主è¦åŒ…括任務(wù)è¦(guÄ«)劃和路徑è¦(guÄ«)åŠƒï¼Œä¸€ç›´æ˜¯äººå·¥æ™ºèƒ½åŠæ©Ÿ(jÄ«)器人å¸(xué)ç ”ç©¶çš„ä¸»è¦å•題,å°å…¶é€²(jìn)行了大é‡å’Œé•·æœŸçš„ç ”ç©¶ï¼Œæˆæžœå·²æ‡‰(yÄ«ng)用在多機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)çš„è¦(guÄ«)劃å•é¡Œç ”ç©¶ä¸E引,與體系çµ(jié)æ§‹(gòu)ç›¸å°æ‡‰(yÄ«ng),多移動(dòng)機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)çš„è¦(guÄ«)劃通常包括集ä¸å¼è¦(guÄ«)劃(Centra)—ized1anning)牙å£åˆ†å¸ƒå¼è¦(guÄ«)戈U(DistribUted“nning)兩種方å¼ã€‚集ä¸å¼è¦(guÄ«)劃一般能ç²å¾—效率高ã€å…¨å±€æœ€å„ª(yÅu)çš„è¦(guÄ«)劃çµ(jié)果,但它主è¦é©ç”¨äºŽéœæ…‹(tà i)ç’°(huán)境,難以應(yÄ«ng)付環(huán)境的變化。分布å¼è¦(guÄ«)劃ä¸ï¼Œæ¯å€‹(gè)機(jÄ«)å™¨äººæ ¹æ“š(jù)è‡ªèº«æ“æœ‰çš„ç’°(huán)境信æ¯è¦(guÄ«)劃自己的行動(dòng),其優(yÅu)點(diÇŽn)æ˜¯èƒ½é©æ‡‰(yÄ«ng)ç’°(huán)境的變化,缺點(diÇŽn)是ä¸èƒ½ç²å¾—全局最優(yÅu)解和å¯èƒ½å‡ºç¾(xià n)æ»éŽ–ç¾(xià n)象。
4.å¸(xué)ç¿’(xÃ)與演化
å¸(xué)ç¿’(xÃ)和演化是系統(tÇ’ng)å…·æœ‰é©æ‡‰(yÄ«ng)性ã€éˆæ´»æ€§ç‰ç‰¹æ€§çš„é«”ç¾(xià n)。目å‰ï¼Œåœ¨å”(xié)作機(jÄ«)器人å¸(xué)ä¸ä¸»è¦é‡‡ç”¨å¢žå¼·(qiáng)åž‹å¸(xué)ç¿’(xÃ)(ReinforcementLearning)方法和éºå‚³è¦(guÄ«)劃(GeoeticPrgramming),并且在多機(jÄ«)器人æ¬é‹(yùn)系統(tÇ’ng)和機(jÄ«)器人足çƒä¸ç²å¾—了æˆåŠŸæ‡‰(yÄ«ng)用[10][11]。目å‰çš„多機(jÄ«)器人å¸(xué)ç¿’(xÃ)和演化還åœç•™åœ¨æ¯”較低的行為層次,其å¸(xué)ç¿’(xÃ)和演化的任務(wù)和環(huán)境也éžå¸¸ç°¡å–®ï¼Œç•¶(dÄng)å…¶é¢å°æ›´ç‚ºå¾©(fù)雜的任務(wù)和環(huán)境時(shÃ),å˜åœ¨æ™‚(shÃ)滯評價(jià )和組åˆçˆ†ç‚¸å•題,å¦å¤–,å°å¤šæ™ºèƒ½é«”的分布å¼å¸(xué)ç¿’(xÃ)與演化,也與傳統(tÇ’ng)的集ä¸å¼çš„å¸(xué)ç¿’(xÃ)與演化方法有明顯å€(qÅ«)別,還有待尋找更為有效的行為優(yÅu)化方法。
5.å”(xié)調(dià o)與å”(xié)作ç–ç•¥
多移動(dòng)機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)在å”(xié)作完æˆå¾©(fù)雜任務(wù)時(shÃ),涉åŠåˆ°å„機(jÄ«)器人任務(wù)ã€è¦(guÄ«)åŠƒã€æŽ§åˆ¶é–“çš„å”(xié)調(dià o)[12][13],多智能體ç†è«–çš„ç ”ç©¶å·²ç‚ºé€™äº›å”(xié)調(dià o)行為æä¾›äº†æ€æƒ³èˆ‡ç–ç•¥ï¼Œä½†å¦‚ä½•æŠŠé€™äº›æŠ½è±¡çš„æ€æƒ³èˆ‡ç–ç•¥çµ(jié)åˆåˆ°å…·é«”系統(tÇ’ng)ä¸åР以坦(shÃ)ç¾(xià n)ï¼ŒåŒæ™‚(shÃ)åˆèƒ½é«”ç¾(xià n)æ™®é©æ€§ï¼Œæ¶‰åŠåˆ°ç”¨ä»€ä¹ˆå·¥å…·æ£ç¢ºæè¿°å„層次的系統(tÇ’ng)行為。目å‰åœ¨ä»»å‹™(wù)å”(xié)調(dià o)層最典型的æè¿°å·¥å…·æ˜¯é›¢æ•£äº‹ä»¶å‹•(dòng)æ…‹(tà i)系統(tÇ’ng)ç†è«–ä¸çš„æœ‰é™ç‹€æ…‹(tà i)機(jÄ«)(FSA)方法,但如何å°ä¸åŒå±¤æ¬¡çš„行為借鑒混åˆç³»çµ±(tÇ’ng)ç†è«–和方法進(jìn)行統(tÇ’ng)一æè¿°ï¼Œé‚„æ˜¯åœ¨ç ”ç©¶çš„ç†±é–€èª²é¡Œã€‚æ¤å¤–,在åŒä¸€ç’°(huán)境ä¸é‹(yùn)行的多個(gè)移動(dòng)機(jÄ«)器人,經(jÄ«ng)常會(huì)產(chÇŽn)生資æºåˆ©ç”¨æ™‚(shÃ)的沖çªã€‚如果沒有é©ç•¶(dÄng)?shù)膮f(xié)調(dià o)ç–略,系統(tÇ’ng)å°‡ä¸èƒ½æ£å¸¸å·¥ä½œã€‚å°äºŽå¯é (yù)見的沖çªï¼Œå¯é€šéŽè¦(guÄ«)åŠƒåŠ ä»¥é¿å…。但系統(tÇ’ng)å‹•(dòng)æ…‹(tà i)é‹(yùn)行時(shÃ)的情æ³å¸¸å¸¸ä¸èƒ½äº‹å…ˆæº–(zhÇ”n)確é (yù)測,僅ä¾é è¦(guÄ«)劃的方法解決沖çªå°‡å分有é™ã€‚å°äºŽå‹•(dòng)æ…‹(tà i)æ²–çªçš„æ¶ˆè§£ä¸»è¦åŒ…æ‹¬ç£‹å•†æ³•ã€æ…£ä¾‹æ³•(Convention)和熟人模型法。在動(dòng)æ…‹(tà i)ç’°(huán)境ä¸çš„æ»éŽ–æª¢æ¸¬èˆ‡æ¶ˆè§£ï¼Œä»æ˜¯å分具有挑戰(zhà n)性的難題。
6.系統(tÇ’ng)軟件平臺(tái)開發(fÄ)
多機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)çš„ç ”ç©¶å·²ç¶“(jÄ«ng)æŒçºŒ(xù)進(jìn)行了近20å¹´ï¼Œå‰æœŸçš„工作主è¦é›†ä¸åœ¨ç³»çµ±(tÇ’ng)硬件和與之相關(guÄn)çš„æŸäº›å–®é …(xià ng)技術(shù)çš„ç ”ç©¶ï¼Œéš¨è‘—å¤šç§»å‹•(dòng)機(jÄ«)器人硬件系統(tÇ’ng)çš„é€æ¥å®Œå–„,當(dÄng)å‰çš„è»Ÿä»¶ç ”ç©¶æ˜Žé¡¯æ»¯åŽï¼Œæ‰€é–‹ç™¼(fÄ)的軟件往往é‡å°å…·é«”的硬件系統(tÇ’ng)和單一任務(wù),技術(shù)集æˆåº¦ä½Žã€é€šç”¨æ€§å·®ï¼Œç„¡æ³•有效發(fÄ)æ®ç¡¬ä»¶çš„æ•ˆèƒ½ã€‚為æ¤ï¼Œäººå€‘迫切感到需è¦ç ”制具有高度開放性ã€é€šç”¨æ€§ã€æ©Ÿ(jÄ«)器人硬件無關(guÄn)æ€§å’Œå¯æ“´(kuò)展性的系統(tÇ’ng)軟件平臺(tái),å°ç¾(xià n)有的零散技術(shù)æˆæžœé€²(jìn)行系統(tÇ’ng)集æˆï¼ŒåŒæ™‚(shÃ)為è¦(guÄ«)范系統(tÇ’ng)軟件的è¨(shè)計(jì)框架æä¾›æ¨™(biÄo)準(zhÇ”n)ã€‚ç¾Žåœ‹å’Œææ´²å„國近3年來啟動(dòng)äº†å¤šé …(xià ng)é‡å°å¤šç§»å‹•(dòng)機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)軟件開發(fÄ)çš„å¤§åž‹é …(xià ng)目,產(chÇŽn)生了一些有代表性的軟件開發(fÄ)平臺(tái),并已ç²å¾—應(yÄ«ng)用。
7.實(shÃ)é©—(yà n)ç ”ç©¶
多移動(dòng)機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)的實(shÃ)é©—(yà n)ç ”ç©¶æœ€åˆæ˜¯å¾žè¨ˆ(jì)算機(jÄ«)的模擬仿真起æ¥ï¼Œåˆ©ç”¨è¨ˆ(jì)算機(jÄ«)軟件建立一個(gè)凿ƒ³çš„æ©Ÿ(jÄ«)器人群體。通éŽé€™ç¨®é€”徑,å¯ä»¥è¼ƒè‡ªç”±åœ°è³¦äºˆæ©Ÿ(jÄ«)å™¨äººä¸»é«”ä»¥ç†æƒ³çš„æ©Ÿ(jÄ«)制,使其以ä¸åŒçš„æ–¹å¼ç›¸äº’ä½œç”¨ã€‚ä½†æ˜¯ï¼Œé€™ç¨®åšæ³•盡管能考察很多數(shù)ç†æ€§æˆ–生物性原ç†å°æ©Ÿ(jÄ«)器人群體å”(xié)作行為è¦(guÄ«)范的影響,å»å¾ˆé›£ç›´æŽ¥æ‡‰(yÄ«ng)用于構(gòu)é€ å¯¦(shÃ)際的作æ¥(yè)系統(tÇ’ng)。近年來,隨著機(jÄ«)器人åŠå…¶æ§‹(gòu)件性能的改善,使用實(shÃ)機(jÄ«)多機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)çš„ç ”ç©¶ä¸æ–·å¢žåŠ ï¼Œå¾žè€Œä½¿ç†è«–ç ”ç©¶èˆ‡å¯¦(shÃ)際環(huán)境ã€ç¾(xià n)æœ‰ç‰©ç†æ©Ÿ(jÄ«)器人之間的è·é›¢é€æ¼¸ç¸®å°ã€‚ç›®å‰ï¼Œåœ‹éš›ä¸Šå¤šæ•¸(shù)機(jÄ«)器人基礎(chÇ”)ç ”ç©¶å¯¦(shÃ)é©—(yà n)室都在從計(jì)算機(jÄ«)仿真和實(shÃ)機(jÄ«)實(shÃ)é©—(yà n)兩個(gè)é€”å¾‘åŒæ™‚(shÃ)é–‹å±•ç ”ç©¶ã€‚
三ã€ç™¼(fÄ)展趨勢
概括來講,多移動(dòng)機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)ç ”ç©¶çš„ä¸»è¦ç™¼(fÄ)展趨勢å¯ä»¥æ¸ç´ç‚ºä»¥ä¸‹å¹¾é»ž(diÇŽn):
(1)分布å¼å¤šæ™ºèƒ½é«”的體系çµ(jié)æ§‹(gòu)逿¥å 據(jù)優(yÅu)勢;
(2ï¼‰å¾žç¡¬ä»¶å’Œå–®é …(xià ng)技術(shù)çš„ç ”ç©¶å‘建立通用性軟件開發(fÄ)平臺(tái)的方å‘發(fÄ)展;
(3)基于行為的方法將與傳統(tÇ’ng)çš„è¦(guÄ«)劃和控制方法相互èžåˆï¼›
(4)強(qiáng)調(dià o)é¢å‘任務(wù)多變ã€éžçµ(jié)æ§‹(gòu)化環(huán)境ã€å±€éƒ¨æ„ŸçŸ¥æ¢ä»¶çš„群體å”(xié)作ç†è«–ã€æ–¹æ³•與技術(shù)ç ”ç©¶ï¼›
(5ï¼‰è¦æ±‚具有較高的自組織ã€è‡ªå¸(xué)ç¿’(xÃ)ã€é©æ‡‰(yÄ«ng)能力;
(6)在強(qiáng)調(dià o)è‡ªä¸»æ€§çš„åŒæ™‚(shÃ),ä»éœ€ä¸æ–·æé«˜äººèˆ‡å¤šæ©Ÿ(jÄ«)器人間的å”(xié)調(dià o)性;
(7)在實(shÃ)é©—(yà n)ç ”ç©¶ä¸å¼·(qiáng)調(dià o)實(shÃ)機(jÄ«)途徑,開發(fÄ)在真實(shÃ)ç’°(huán)å¢ƒä¸‹å…·æœ‰é«˜é¯æ£’æ€§å’Œé«˜é©æ‡‰(yÄ«ng)能力的實(shÃ),技術(shù)ï¼›
(8)特種應(yÄ«ng)用ã€åˆ¶é€ æ¥(yè)å’Œæœå‹™(wù)æ¥(yè)的需求日益迫切。
æˆ‘åœ‹åœ¨è©²é ˜(lÇng)åŸŸçš„ç ”ç©¶å·¥ä½œå·²ç¶“(jÄ«ng)èµ·æ¥ï¼Œåœ¨863計(jì)劃ã€è‡ªç„¶ç§‘å¸(xué)基金ç‰è³‡åŠ©ä¸‹ï¼Œç¶“(jÄ«ng)éŽå¤šå¹´çš„æŒçºŒ(xù)ç ”ç©¶ï¼Œåœ‹å…§(nèi)已經(jÄ«ng)有一批單ä½ï¼Œåœ¨å±€éƒ¨é ˜(lÇng)域é”(dá)åˆ°äº†è¼ƒé«˜çš„ç ”ç©¶æ°´å¹³ï¼Œå¯¦(shÃ)é©—(yà n)ç ”ç©¶æƒ…æ³ä¹Ÿæœ‰äº†æ˜Žé¡¯æ”¹å–„,在體系çµ(jié)æ§‹(gòu)ã€å”(xié)調(dià o)控制和實(shÃ)é©—(yà n)ç ”ç©¶ç‰æ–¹é¢éƒ½å–å¾—äº†åˆæ¥æˆæžœã€‚
ç¶“(jÄ«ng)éŽ20來年的發(fÄ)展,多移動(dòng)機(jÄ«)器人å”(xié)作系統(tÇ’ng)é ˜(lÇng)åŸŸç ”ç©¶å–得了一定æˆç¸¾ï¼Œä½†ä¹Ÿé‡åˆ°äº†è«¸å¤šå›°é›£ï¼Œå°¤å…¶æ˜¯åœ¨å¾©(fù)雜系統(tÇ’ng)æŽ§åˆ¶èˆ‡åˆ†å¸ƒå¼æ™ºèƒ½é ˜(lÇng)域的相關(guÄn)基礎(chÇ”)ç ”ç©¶æ˜Žé¡¯ä¸è¶³ï¼Œç¼ºä¹å¼·(qiáng)有力的ç†è«–和技術(shù)支æŒï¼Œè€Œä¸”大部分技術(shù)å°ç’°(huán)å¢ƒçš„è¦æ±‚比較苛刻,實(shÃ)é©—(yà n)多是在人工或åŠäººå·¥çš„ç’°(huán)境下進(jìn)è¡Œçš„ï¼Œé€™è«¸å¤šåŽŸå› é™åˆ¶äº†å¤šç§»å‹•(dòng)機(jÄ«)器人系統(tÇ’ng)的發(fÄ)展和å‘?qÅ«)åµ±åŸåˆ°y(tÇ’ng)的轉(zhuÇŽn)化。綜上所述,é¢å°çœŸå¯¦(shÃ)世界的éžçµ(jié)æ§‹(gòu)化和動(dòng)æ…‹(tà i)特點(diÇŽn)ï¼Œé«˜é©æ‡‰(yÄ«ng)æ€§ï¼Œé«˜é¯æ£’性ã€é«˜æŸ”性的å”(xié)作ç†è«–ã€æ–¹æ³•與技術(shù)將是今åŽçš„ç ”ç©¶é‡é»ž(diÇŽn)。
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