多机器人系统

多器人系统一些小思考PC作为人智力的延伸，通过存储，计算，分析，处理帮助people完成很多生物智力很难完成或者无法完成的工作；当PC与PC连接在一起，也就是people通过PC实现延伸后的智力与智力之间的连接，我们叫做互联网，当然这个连接必然是1+1+1+···N的连接.表面上是PC群之间的连接，但PC作为延伸工具不会思考、没有情感，所以本质上，还是人类智慧的连接。人与人连接在一起就是群体或社会？robot作为人各种机能（感觉，力量，速度，智力，甚至是情感）的延伸，不再局限于PC那种简单智力的延伸。如果这些能自主思考和能自主行动的robot之间连接在一起，那应该叫什么？所谓的物联网吗？当然这种连接也是1+1+1+···N的连接。这些会思考的robots应该理解成工具呢？或是载体呢？是如果这些有自主行为的robot群不再按人的意志活动，甚至是取代。那Ta还是人的延伸吗？maybe？我们创造出来的东西把我们取代，就像孩子取代创造Ta的父母，这又算不算人的进化？maybe？robot与robot连接在一起是什么？多机器人系统010203040506070809多机器人系统的灵感来源？多机器人系统的主要研究内容？多机器人系统的社会/个体特征？几种常见的多机器人系统？Bionic-Robot分类？什么是多机器人系统？为什么要研究多机器人系统？多机器人系统适合执行的任务？010304050607080902多机器人系统的特点？Bionic-Robot分类运动仿生位移运动仿生：仿生鱼，仿生昆虫，足仿狗等；执行运动仿生：如仿生手，象鼻等。材料/能量仿生感知仿生控制仿生听觉仿生，视觉仿生，嗅觉仿生等，如仿生耳，仿生鼻，仿生眼等。仿生皮肤，人造骨骼，人造肌肉等/分解碳水化合物驱动。定向导航仿生，计算推理仿生，群体控制仿生。如仿密封定位，仿鸟类导航/神经网络，遗传算法/仿蚁群，仿鸟群。Bionic-Robot什么是多机器人系统？多机器人系统不是物理意义上的单个机器人的简单代数相加，其作用效果也不是单个机器人作用的线性求和，它应该还包括一个“线性和”之外的基于个体之间相互作用的增量（1+1+1+···N）。这种个体之间的相互作用包含两个因素：“协调”与“合作”。在自然界的众多生物群体中,如蚂蚁、蜜蜂、鸟群、鱼群等,不存在一个协调者来协调大量自主的个体,但整个系统却呈现协调、有序的状态。这些群居性生物以相互合作为其生存策略,群体中每个个体仅执行一项或有限的几项动作,并针对外在情况做出简单的几种反应.这种看似笨拙的个体行为却使它们所组成的群体能极有效率地行动,甚至能表现出某种程度的思考。多机器人系统的灵感来源？为什么要开发多机器人系统？一方面另方面人们希望机器人能完成更加复杂的作业,这些复杂的作业由单一机器人又难以完成,需要多机器人相互协调与合作共同完成。由几十台、甚至上百台机器人组成的自动化生产线已屡见不鲜.这种系统中尽管每个机器人是柔性可编程的,但整个系统的组织多数是刚性固定的。设备更换成本高，多机器人系统的特点一功能分布功能不同的机器人或具有不同任务的机器人可以协同工作空间分布多个机器人可以在工作空间不同的区域同时工作信息分布多个机器人可以具备相同的知识或不同的知识，通过通信，协作机器人可以进行知识的交换和学习时间分布多个机器人可以执行时间不同的任务资源分布多机器人系统中各机器人可以具有不同的传感器和执行器单个机器人不能完成某些任务，必须依靠多个机器人才能完成。优点1对于可以分解的任务来说，多个机器人可以分别并行地完成不同的子任务，这比单个机器人完成所有的子任务要快得多优点2可以将其中的成员设计成完成某项任务的“专家”，而不是设计成完成所有任务的“通才”，使得机器人的设计有更大的灵活性。优点3如果成员之间可以交换信息，多机器人系统可以更有效和更精确地进行定位。这对于野外作业的机器人尤其重要优点4多机器人系统中的成员相互协作可以增加冗余度，消除失效点，增加解决方案的鲁棒性优点5多机器人系统的特点二多机器人系统与单个机器人相比，可以提供更多的解决方案，因此可以针对不同的具体情况，优化选择方案。优点6多机器人系统适合执行的任务搜寻任务遍历任务聚集任务目标运送要求多个机器人形成某个几何形状的队形,并在运动中维持这一队形.这在如协同搬运、围捕等任务。通常要求分散的几个机器人绕着期望的对象,并把这对象运送到一个特定的地点。在大环境中,随机分散地放一些目标,机器人群体的任务就是找到它们,并把它们带回某个特定的位置。要求机器人群体能够充分地遍历整个环境区域.它的潜在应用包括侦察、环境感知等工作。几种常见的多机器人系统群智能机器人自重组机器人协作机器人机器人足球赛1由许多无差别的自治机器人组成的分布式系统，它主要研究如何使能力有限的个体机器人通过交互产生群体智能3由多个具有一定智能的自治机器人组成，机器人之间通过通信实现相互间的协作，以完成复杂的任务。以一些具有不同功能的标准模块为组件，根据任务的需要，对这些模块进行组合，进而形成具有不同功能的系统。2不同的机器人之间的关系是对抗、竞争的；同队的机器人之间则是合作、互助的；且协作实时性强。4同样受蜂群和蚁群的启发，哈佛大学发明了一组由1024个微型机器人Kilobot组成的机器人群组，这组机器人可以在没有中央智能控制系统协调和组织的情况下，自行协作完成指定的任务。理论上讲，这个机器人群组的大小、规模和复杂度是没有限制的，可以根据需要进行调整。甚至可以自行组合出另一个全新的机器人。Kilobot机器人可以在帮助石油泄漏理、深海冒险等领域。受白蚁行为的启发，哈佛大学制造出一个无需监管的建筑机器人小分队。Termes是一个集体的自动机器人系统自动机器人小分队可以建造复杂三维建筑，如古塔、城堡和金字塔，无需中心控制或是专门人员监管。单个机器人并不知道有多少机器人在一起工作，但是每个机器人都可以评估变化，同时动态调整。即使一个机器人不能工作了也不影响其他机器人。产品展示德国机器人制造商Festo推出的这款BionicANT仿生蚂蚁有完整的“五脏六腑”，大部分配件都是由3D打印完成，电路裸露在蚂蚁的身体外面，就是个头会比真的蚂蚁大，头部有立体摄像头，底部有光学传感器。六条躯干能保证它快速移动，或者钻入狭小的空间。BionicANT的厉害之处在于，它会模仿蚂蚁的“社会规则”，让机器人之间相互协调、沟通、协作。因此，蚂蚁们能合作完成任务。这些机器人由比利时布鲁塞尔自由大学的MarcoDorigo牵头，由来自意大利、瑞士的研究人员共同开发。基于蚁群原理但并没有互相通信的能力，仅仅依据周围的情况自行判断。在任务场景中它们会搜索红色目标，并用钳子抓住它，这时机器人就会把自己的颜色从蓝转为红，最终所有的机器人都连成了一串，整个场景中已经没有蓝色物体，这时它们就开始齐心合力的拖动目标了。产品展示产品展示这种名叫Roombot的小东西是蛇形机器人的变体，每一个由两个小球和四个电机组成。用户一发出指令，它就会根据要求聚集起来组合成不同形状的家具，就像乐高积木一样从桌子到椅子无所不能。Roombot的好处在于它极度节省空间，你一个指令它们就可以组合成不占地方的样式，或者拆散了放进箱子或床底下，让整个房间变得干干净净的。另外这个机器人还能监测坐在它身上的人的心率，一旦出事它还可以拨打急救电话。产品展示Sambot是由北京航空航天大学开发的一种新的自组装模块化机器人平台。每个Sambot机器人具有自主移动、自主对接功能，由多个Sambot机器人组成的机器人结构具有类似自重构模块化机器人的整体运动和自重构等功能，初步实现了群体机器人与自重构机器人的结合。目前已完成Sambot机器人之间的自主对接与给定构型机器人结构的运动控制等实验。群体系统通过个体机器人之间的相互连接与分离，构建能够自动适应空间和其它复杂非结构化环境的变化的“形态”和“神经”可协同进化的机器人结构。机器人足球赛涉及人工智能、机器人学、通讯、传感、精密机械和仿生材料等诸多领域的前沿研究和技术集成，实际上是高技术的对抗赛。国际上最具影响的FIRA和RoboCup两大世界杯机器人足球赛，有严格的比赛规则，融趣味性、观赏性、科普性为一体。机器人足球赛从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域基础研究和高技术发展的水平Robi是由东京大学与丰田汽车共同研制的智能机器人，外形酷似“阿童木”，具有面部识别功能，眼睛会根据情绪的变化而改变颜色，并可通过语音识别与人和机器人进行简单的对话。上图是日本东京DIY机械展览上100个robi机器人通过语音控制大跳“广场舞”。产品展示多机器人系统的社会行为特征A积极或非积极合作即有意识的合作还是无意识的合作。C独立级别：是分散式，集中式，还是二者混合式。E群体组成:机器人群体中的成员可以是同类,也可以是异类B群体大小：是指机器人数量是单个,两个,有限群,还是无限群D通讯类型/范围/途径:其中通信类型分为明确通讯和含蓄通讯.F群体可重构造性:指群体结构和组织的柔韧性.分静态、通讯协调、动态。感知能力个体应该对环境具有感知的能力,以适应周围环境变化局部规划能能推断出其他个体的行为意图,从而规划出自身的行为.通讯能力个体间需要协商,因此个体应具备通讯能力任务分解能力机器人个体应该能够对当前的任务做出判定学习能力机器人个体应该具备学习能力,以适应复杂多变的环境个体机器人应具备的特征多机器人系统研究的主要内容多机器人系统研究的主要内容群体体系结构感知通信性能评价协调协作机制集中式：通常有一个主控机器人分布式：各机器人之间是平等关系一、群体体系结构分层式：介于二者之间的混合结构群体体系结构分散式二、感知智能机器人的感知包括感觉和理解两方面：在多机器人系统当中，由于各机器人分散于环境当中，整个系统获取的信息更加丰富。在一些需要多机器人合作的工作中，各机器人不仅仅需要处理本身传感器所获得的信息，而且需要将其它机器人的传感信息与自身传感信息进行融合以获得对外部环境的正确理解。三、通讯“通迅”是机器人之间进行交互和组织的基础。通过通迅，多机器人系统中各机器人了解其它机器人的意图、目标和动作，以及当前环境状态等信息，进而进行有效地磋商，协作完成各项任务。分为隐式和显式通迅。四、协调协作机制多机器人系统研究中的一个重要问题就是如何实现各机器人之间的协调协作。多机器人系统的协调协作机制与系统的群体体系结构、个体体系结构、感知、通信和学习等方面的研究密切相关。在实际的应用中，各层次的协调协作控制并不一定单独存在于系统中，多机器人系统通常因任务的需求而包含了多个不同层次的协调协作控制，许多协调协作算法、规则可以应用于不同层次上系统的控制与交互。这样可以有效地提高系统效率、增强系统容错性。五、性能评价由于多机器人系统所需完成的各种任务的要求、目标的不同，对同一多机器人系统性能的评价也不一致。如何来确立多机器人系统性能评价的标准是一个有意义的问题。对于多机器人系统的性能评价主要集中于系统的模块化、可扩展性、并行性、可维护性、灵活性、实时性、可靠性以及系统的效率等某一方面或某几方面问题的定性研究、定量分析。通常，多机器人系统的定量分析较定性分析更难一些。