机器人足球第四章多机器人规划.ppt

第四章 多机器人规划 内 容 提 纲 为什么需要多个机器人完成任务？ 多机器人系统的分类 多机器人系统的路径规划思想 1. 多机器人系统的必要性 通过群体行为完成某种任务在自然界中无处不在。 如，蜂群，蚁群，菌群 虽然有的任务中只需要单个机器人，但是有的任务需要多个机器人。比如，探索一个未知的星球，推动物体，清理有毒垃圾。 多机器人系统相对单机器人系统的优势 在某些情况下，使用多个小的、简单的机器人比使用一个大的、复杂的机器人完成任务具有更高的效率 设计者可以选择一些折衷的设计方案 更加经济，可扩展，具有更好的抗失败能力 简单机器人比复杂机器人的造价低 多机器人系统可包含不同数量的简单机器人 多个简单机器人执行任务失败的概率比单个复杂机器人执行任务失败的概率低 群体机器人系统的两个极端 一个群体可以由完全自治的机器人组成，它们两两之间可以通信。 另一个群体由受远程控制的多个附属物组成，而整个群体可以看成是一个具有分布式执行器的单机器人系统。 多机器人系统称为群体机器人系统（Collective of Robots），或者叫蜂群（Swarm），表示为{ri} 机器人成员在功能上不存在依赖性，也不存在持久的物理连接 由单个机器人构成的系统为单机器人系统，表示为R 2.从多Agent角度对任务的分类 2.1 本质上需要多Agent才能完成的任务 两把距离遥远的钥匙，必须被同时旋转才能打开某一扇门（需要多个Agent） 两把距离较近的钥匙，必须被同时旋转才能打开某一扇门（需要一个Agent） 两把距离遥远的钥匙，必须在一段时间内均被旋转才能打开某一扇门（需要一个飞速的Agent） 注：两个Agent只有通过通信才能完成以上任务 执行任务的初始时，通过同步时钟，然后约定在某个时刻同时旋转钥匙 在一个Agent旋转钥匙的同时，发信号给另一个Agent 2.2 传统上，由多个Agent完成的任务 现代运输、工业生产（流水线）、农业、渔业 这类任务的特点： 执行任务之初，Agent相互通信用于分配任务 每个成员单独执行任务，忽略其他成员的存在 这类系统的缺点 群体成员未感知到的任务不会被完成 2.3 本质上由单Agent完成的任务 在单个地点上的单任务 这些任务的解决不宜采用多Agent群体 2.4 用多Agent系统解决的效果可能比单Agent更好的任务 例1：在一个有限区域寻找一个特定物体的任务，群体{ri}比单个机器人R完成任务的速度可能更快 但是，{ri}完成任务的速度不一定比R更快。取决于两个因素：群体成员之间的通信和单个成员与R的能力的接近程度。 如果群体成员不通信，可能发生什么情况？ 如果群体成员的能力比R的能力弱，可能发生什么情况？ 例2：排雷、清除航空母舰甲板上的异物。使用群体{ri}比单个机器人R，更加可靠 成员很容易被损伤 单个成员的失败不会导致任务执行的失败，而R的失败必然导致任务执行的失败 在2.4这类任务中，群体成员之间的通信对群体完成任务的性能具有重要的影响 通信的方式有两种：直接的、间接的 直接通信：成员带有一个专门的通信管道 间接通信：一个成员使用感知器观测其他成员的行为 问题：成员间通信的量越大，则系统的性能就越高么？ 3. 机器人群体系统的分类角度 3.1 群体规模(Collective Size) SIZE-ALONE: 单机器人系统 SIZE-PAIR：双机器人系统 SIZE-LIM：多机器人系统。成员数目n相对于任务规模来看比较小。 SIZE-INF：规模无限的机器人系统。 问题： SIZE-LIM型群体和SIZE-INF型群体执行有哪些信誉好的足球投注网站任务时，哪个完成任务的可能性更大？我们总能使用SIZE-INF型群体么？ 3.2 通信范围（Communication Range） COM-NONE：机器人成员不能直接与其他机器人通信，智能通过感知器观测到对方的存在、不存在和行为。成员之间也不可以互发信号 COM-NEAR：机器人成员只能与其附近的机器人通信（距离可以物理空间上的距离也可以是拓扑空间上的距离） 拓扑空间距离的例子：军队中的士兵由树形的结构组织 COM-INF：一个机器人成员可以与其它任意机器人通信 3.3 通信的拓扑结构(Communication Topology) 广播式通信 按地址通信 树形通信 网状通信 3.4 通信带宽（Communication Bandwidth） 通信影响群体的性能：如果成员具有专用的通信通道，则处理通信的时间很短；如果成员在通信时不能进行其他动作，那么通信代价就高。 BAND-INF：在这种群体中，通信是无代价的。 BAND-MOTION：通信代价与移动成员的代价成正比。 例如：蜂群中，蜜蜂通过跳八字舞进行通信。传递的信息与跳舞的运动代价成正比 BAND-