分布式多自主机器人系统冲突及其消解策略的实例研究

对于具有全分布式特点的大规模多机器人群体特性的研究,由于其复杂性和交互动态特性,往往缺乏明确的数学工具和分析手段,本文针对典型的群体觅食任务,以计算机仿真为手段,通过对机器人间冲突的分析,直观地揭示这类系统的典型特征,在此基础上,提出了一种基于局部广播式通讯的消解冲突策略,给出了该策略的有机限状态机描述,并进行了与其他方法的对比仿真实验,实验结果表明了本文方法对提高群体性能的有效性。

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第 l卷第 l 4 0期 20 0 2年 1 0月 文章编号：10 3X (0 2 1 2 80 0 47 1 20 ) 0 18 5

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分布式多自主机器人系统冲突及其消解策略的实例研究 陈卫东，李振海，席裕庚 (上海交通大学自动化研究所，海 20 3 )上 0 0 0

摘要：于具有全分布式特点的大规模多机器人群体特性的研究，对由于其复杂性和交互动态特性， 往往缺乏明确的数学工具和分析手段，本文针对典型的群体觅食任务，以计算机仿真为手段，通过对机器人间冲突的分析，直观地揭示这类系统的典型特征。在此基础上，提出了一种基于局部广播式通讯的消解冲突策略，给出了该策略的有限状态机描述，并进行了与其他方法的对比仿真实验， 实验结果表明了本文方法对提高群体性能的有效性。 关键词：多自主机器人；群体特性；交互；冲突；死锁 中图分类号：T 2 P4文献标识码：B

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1引言 近年来，全分布式控制的多移动机器人系统以其突出

在多移动机器人系统中冲突的形式是多种多样的，从不同的控制层次看，主要有规划层的任务冲突和执行层的空间冲突。多移动机器人系统中的冲突很容易造成系统的混乱，严重地影响了系统的总体性能。解决冲突除了要有合理的控制结构和通信方式外，也需要相应的解决策略

。对此， 许多研究者在体系结构、机器人间交互、协调与合作策略等

的柔性、鲁棒性、可靠性和并行作业能力，获得了越来越多 的关注【。在这种系统中，每个机器人作为一个独立的智能“体，根据自身的感知和与其它机器人的交互，自主进行决策与行动，整个系统中没有中央控制器。但是，在多移动机器人系统通过分工合作带来众多好处的同时，也对控制系统的设计带来了更多难题。问题的实质就是局部与全局的一致其性问题。即控制的实施是局部的，而系统设计追求的目标是全局的，但在这种分布式多智能体系统中，局部与局部、局部与整体往往充满矛盾与冲突，尤其当系统中的机器人数量越来越多时，这种冲突更加严重，系统的组织、规划、协调与控制问题变得更加困难。

方面提出了多种解决方案【【,如避碰、主从策略和基于交 3】] 通规则的协调方法等，这些方法往往是在冲突发生后的解但决途径，无法预先规避冲突的发生，因此对群体性能的提升 有限。同时，前期的研究也缺乏适当的数学工具来描述和分

析系统的冲突和群体特性，无法定量给出控制方案对冲突消解的影响。因此，采用有效的分析工具，进而设计和构造每个机器人的控制，使其能够预先意识和消解彼此的冲突，是保证和提高系统群体性能的一个关键问题。 多机器人群体觅食任务就提供了一种非结构化和充满

收稿日期：20 .10 02O . 4修回日期。20 -50 020 .8基金项目：国家 8 3计划 ( 0 1 A4 2 4与国家自然科学基金 6 2 0 A 2 10) (9 85 16 1 50 ) 6 8 90。 00 0 5资助项目 作者简介：陈卫东 (9 8),黑龙江哈尔滨人，博士，研究方向为机 16 .,男器人控制，多机器人系统和多智能体学习；事摄海 (9 9),上海人， 17 -,男 工程师，究方向为多智能体与多机器人系统；席裕庚(9 6男，上海人，研 14- 博导，研究方向为包括复杂工业过程的优化控制与智能机器人控制。

不确定性的复杂环境，本文以此为典型任务，将机器人间的冲突作为一种主要的系统特性，以计算机仿真为手段，揭示了机器人间冲突对系统群体性能的影响，并在此基础上提出

了消解冲突的控制策略，仿真实验结果表明了本文策略的有 效性。