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多機(jī)器人系統(tǒng)§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容§9-4多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)2復(fù)雜的工作任務(wù)，多變的環(huán)境需要協(xié)作才能完成單個(gè)機(jī)器人無(wú)法勝任§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)的定義多機(jī)器人系統(tǒng)是指由多個(gè)獨(dú)立運(yùn)作的機(jī)器人組成的系統(tǒng)。多機(jī)器人系統(tǒng)的本質(zhì)是機(jī)器人之間的互動(dòng)和協(xié)作。3§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展概況研究主要集中在單個(gè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、控制和信息處理方面。開(kāi)發(fā)智能程度更高、功能更強(qiáng)和性能更好的機(jī)器人。在現(xiàn)有機(jī)器人的基礎(chǔ)上，通過(guò)多個(gè)機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)工作來(lái)完成復(fù)雜的任務(wù)。早期：現(xiàn)在：4§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展概況從20世紀(jì)80年代中期到90年代，分布式人工智能和復(fù)雜系統(tǒng)的研究工作逐步開(kāi)展并活躍起來(lái)，一些學(xué)者開(kāi)始研制各種多機(jī)器人系統(tǒng)。早期多機(jī)器人系統(tǒng)5§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展概況進(jìn)入90年代后，用戶開(kāi)始對(duì)產(chǎn)品提出了個(gè)性化需求，這就要求對(duì)新一代制造系統(tǒng)理論進(jìn)行探討和研究，以滿足客戶的需要。基于UR5的多機(jī)械臂協(xié)作6§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展概況21世紀(jì)以來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，多機(jī)器人系統(tǒng)邁入了一個(gè)嶄新的階段，正朝著智能化、協(xié)作化、多樣化和人機(jī)融合的方向發(fā)展。多機(jī)器人協(xié)作（波士頓動(dòng)力）7§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)特點(diǎn)時(shí)空分布：多個(gè)機(jī)器人可分布在不同的區(qū)域內(nèi)同時(shí)作業(yè)，也可在不同分布時(shí)間內(nèi)執(zhí)行任務(wù)，可提高完成任務(wù)的效率。多AGV倉(cāng)庫(kù)管理8§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)特點(diǎn)功能分布：在多機(jī)器人系統(tǒng)中，機(jī)器人可擁有不同的功能，它們的目標(biāo)任務(wù)也可以不同，但它們可以進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。9§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)特點(diǎn)信息分布：多個(gè)機(jī)器人可以具備相同的知識(shí)或不同的知識(shí)，通過(guò)通訊聯(lián)系，協(xié)作機(jī)器人可以進(jìn)行知識(shí)的交換和學(xué)習(xí)。多無(wú)人機(jī)信息交互10§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)特點(diǎn)資源分布：多機(jī)器人系統(tǒng)中各機(jī)器人可以配備不同的傳感器和執(zhí)行器。兩機(jī)械臂協(xié)同操作11§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介：多機(jī)器人系統(tǒng)特點(diǎn)較高的系統(tǒng)可靠性：采用多機(jī)器人系統(tǒng)可以降低單個(gè)機(jī)器人設(shè)計(jì)復(fù)雜度，從而提高了單個(gè)機(jī)器人的可靠性，而機(jī)器人數(shù)量上的冗余，也能提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。多機(jī)器人協(xié)同救援12§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容§9-4多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)13§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi):將同樣構(gòu)造的個(gè)體機(jī)器人模塊加以組合的同構(gòu)系統(tǒng)按組成分類(lèi)將不同構(gòu)造的個(gè)體機(jī)器人模塊加以組合的異構(gòu)系統(tǒng)14§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)群智能機(jī)器人系統(tǒng)是由許多無(wú)差別的自治機(jī)器人組成的分布式系統(tǒng)，主要研究如何使能力有限的個(gè)體機(jī)器人通過(guò)交互產(chǎn)生群體智能，完成個(gè)體無(wú)法完成的工作同構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng):群智能機(jī)器人系統(tǒng)15§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)以一些具有不同功能的標(biāo)準(zhǔn)模塊為組件，根據(jù)目標(biāo)任務(wù)的需要，對(duì)這些模塊進(jìn)行相應(yīng)的組合，進(jìn)而形成具有不同功能的系統(tǒng)。自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)同構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng):16§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)是指由不同類(lèi)型的機(jī)器人所組成的系統(tǒng)，每個(gè)機(jī)器人都具有獨(dú)特的硬件構(gòu)成和功能特性。異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于能夠更好地適應(yīng)多樣化的任務(wù)和環(huán)境需求。異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng):空地協(xié)同的異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)：一個(gè)異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)可以由移動(dòng)機(jī)器人、飛行器和水下機(jī)器人共同組成，它們各自具備不同的移動(dòng)能力和感知能力，共同參與全域救援任務(wù)。17§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng):多機(jī)器人發(fā)展的最終目的是能讓一個(gè)操作者完全支配空中、地面、水上和水下裝置。如圖所示，用于城鎮(zhèn)偵查的指揮控制裝置（C2裝置）。采用此裝置，只用一人即可操控網(wǎng)絡(luò)化的空中和地面裝置。多機(jī)器人協(xié)同自主探索系統(tǒng)環(huán)境探測(cè)的多機(jī)器人系統(tǒng)18§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi):集中式多機(jī)器人系統(tǒng)：集中式多機(jī)器人系統(tǒng)是指在系統(tǒng)中存在一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)或中央控制器，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制所有機(jī)器人的行動(dòng)。根據(jù)多機(jī)器人系統(tǒng)控制方式分類(lèi)分布式多機(jī)器人系統(tǒng)：分布式多機(jī)器人系統(tǒng)是指在系統(tǒng)中，每個(gè)機(jī)器人都具有一定的自治性和決策能力，可以根據(jù)局部信息做出獨(dú)立的決策，并與其他機(jī)器人進(jìn)行協(xié)作。19§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)多機(jī)器人系統(tǒng)控制方式分類(lèi):集中式多機(jī)器人系統(tǒng)Cohen和Levy采用多臺(tái)LegoNXT機(jī)器人搭建了一個(gè)集中式控制集群系統(tǒng)，該機(jī)器人系統(tǒng)具有藍(lán)牙通信和圖像處理功能。集中式多機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，能夠快速做出集中決策，并且易于實(shí)現(xiàn)任務(wù)協(xié)調(diào)。20§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)多機(jī)器人系統(tǒng)控制方式分類(lèi):分布式多機(jī)器人系統(tǒng)分布式多機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是具有更好的魯棒性和擴(kuò)展性，可以有效的應(yīng)對(duì)機(jī)器人單元發(fā)生故障或添加新機(jī)器人單元的情況。分布式足球機(jī)器人系統(tǒng)21第9章多機(jī)器人系統(tǒng)§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容§9-4多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)22§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：多機(jī)器人技術(shù)是一門(mén)綜合了機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)控制等多學(xué)科技術(shù)的新興學(xué)科，它隨著各方面技術(shù)的飛速發(fā)展，得到日趨廣泛的研究。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法感知通信自主學(xué)習(xí)協(xié)調(diào)協(xié)作機(jī)制穩(wěn)定性智能分布式計(jì)算接口設(shè)計(jì)具體研究?jī)?nèi)容23§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：多機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)以研究機(jī)器人系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)中各模塊之間的相互關(guān)系和功能分配為對(duì)象。研究系統(tǒng)的功能劃分和各層的邏輯結(jié)構(gòu)，以確定一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的智能結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系。體系結(jié)構(gòu)24§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：設(shè)計(jì)方法多機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能是由用戶需求確定的。設(shè)計(jì)者首先分析用戶需求，確立多機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和大體功能，把系統(tǒng)劃分為若干模塊，然后再進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。多機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法有：系統(tǒng)設(shè)計(jì)和形式設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)：常用于多機(jī)器人的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面，首先是總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其次是具體模型設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的就是為下一階段的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（如組織硬件、編程、調(diào)試、試運(yùn)行等）制定藍(lán)圖。形式設(shè)計(jì)：用于實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人組成模塊的角色和功能。形式設(shè)計(jì)的結(jié)果是具體的產(chǎn)品，包括硬件和軟件。經(jīng)過(guò)形式設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人軟硬件模塊之間相互連接。25§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：感知機(jī)器人的感知包括感覺(jué)和理解兩個(gè)方面的內(nèi)容。機(jī)器人配備多種不同傳感器，獲取不同性質(zhì)的局部環(huán)境信息。通過(guò)對(duì)獲取的信息進(jìn)行有效地融合和處理，機(jī)器人可以“理解”這些信息的意義。26§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：通信通信是指機(jī)器人之間進(jìn)行交互和組織的基礎(chǔ)。通過(guò)通信，各機(jī)器人可了解其他機(jī)器人的意圖、目標(biāo)和動(dòng)作以及當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)等信息，進(jìn)而進(jìn)行有效協(xié)商，以協(xié)作完成任務(wù)。27§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：自主學(xué)習(xí)采用自主學(xué)習(xí)方法使得機(jī)器人能夠通過(guò)與環(huán)境進(jìn)行交互來(lái)獲取知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人的自主規(guī)劃決策與協(xié)同感知。強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法：每個(gè)機(jī)器人通過(guò)觀察環(huán)境的狀態(tài)，采取某種動(dòng)作，并根據(jù)環(huán)境的反饋（獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰）來(lái)調(diào)整自己的行為。模仿學(xué)習(xí)方法：模仿學(xué)習(xí)是一種通過(guò)觀察和模仿其他機(jī)器人或人類(lèi)專(zhuān)家的行為來(lái)學(xué)習(xí)的方法。28§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：任務(wù)分配：在多機(jī)器人系統(tǒng)中，任務(wù)分配是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它涉及到如何將一組任務(wù)有效地分配給多個(gè)機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)地高效協(xié)同。路徑規(guī)劃：多機(jī)器人路徑規(guī)劃是指為機(jī)器人規(guī)劃一條合適的路徑，使其能夠安全、高效地從起始位置到達(dá)目標(biāo)位置。碰撞規(guī)劃：為了機(jī)器人系統(tǒng)的安全性，各機(jī)器人之間必須進(jìn)行協(xié)調(diào)，以避免碰撞和防止機(jī)器人相互碰撞，引起不必要的損失。協(xié)調(diào)協(xié)作機(jī)制29§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：故障恢復(fù)：為了提高系統(tǒng)的魯棒性，多機(jī)器人系統(tǒng)要能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，自動(dòng)進(jìn)行故障恢復(fù)。運(yùn)動(dòng)控制：多機(jī)器人系統(tǒng)中一般有多個(gè)機(jī)器人，這些機(jī)器人相互協(xié)作，以完成預(yù)定任務(wù)。為了協(xié)調(diào)各機(jī)器人，必須根據(jù)機(jī)器人的狀態(tài)和探測(cè)信息，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，使其運(yùn)動(dòng)能給系統(tǒng)帶來(lái)高效益。協(xié)調(diào)協(xié)作機(jī)制30§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：穩(wěn)定性穩(wěn)定是指網(wǎng)絡(luò)化的傳感器、計(jì)算機(jī)或機(jī)器人要有一個(gè)合理的柔性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了提高多機(jī)器人的穩(wěn)定性，需要增強(qiáng)多機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力和重構(gòu)能力，以便使其能夠適應(yīng)多種變化因素。Atlas機(jī)器人的進(jìn)化史31§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：智能分布式計(jì)算中間件技術(shù)：長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直使用著“客戶機(jī)/服務(wù)器”兩層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，但是其客戶機(jī)和服務(wù)器負(fù)擔(dān)過(guò)重。在現(xiàn)代企業(yè)面前，兩層結(jié)構(gòu)的弊端更顯得突出，往往在業(yè)務(wù)處理上對(duì)系統(tǒng)提出更高的要求：適應(yīng)不同地區(qū)、不同標(biāo)準(zhǔn)的具體情況，需具備靈活的可擴(kuò)展的工作流定制；網(wǎng)絡(luò)傳輸量較大，需要保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性；涉及關(guān)鍵業(yè)務(wù)類(lèi)數(shù)據(jù)，必須保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和安全；各地網(wǎng)點(diǎn)總數(shù)增多，要求系統(tǒng)具備峰值數(shù)據(jù)的高負(fù)荷處理能力和平衡負(fù)載能力；保證數(shù)據(jù)在廣域網(wǎng)傳輸和業(yè)務(wù)處理的及時(shí)性。分布式網(wǎng)絡(luò)32§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：智能分布式計(jì)算CORBA技術(shù)：CORBA技術(shù)通過(guò)在客戶端和服務(wù)器端間加入一個(gè)代理，將客戶端和服務(wù)器端完全分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)環(huán)境下的客戶端和服務(wù)器端的通信。使得在任何環(huán)境下在Internet上使用CORBA開(kāi)發(fā)一個(gè)機(jī)器人分布式軟件庫(kù)。33§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)涉及到機(jī)器人與網(wǎng)絡(luò)的接口（控制器）和人與計(jì)算機(jī)的接口界面，該問(wèn)題關(guān)系到計(jì)算機(jī)如何更好地為人提供服務(wù)，以及機(jī)器人如何使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)連入網(wǎng)絡(luò)。主控通信與接口通信的對(duì)比34§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容：接口設(shè)計(jì)人—機(jī)接口界面是影響用戶興趣的關(guān)鍵因素，在設(shè)計(jì)多機(jī)器人接口界面時(shí)，原則上應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1）界面必須具有可交互性；2）界面具有智能化或自主學(xué)習(xí)功能；3）界面視圖簡(jiǎn)單、清晰、易理解和易操作；4）圖像界面所占數(shù)據(jù)盡可能少;5）界面提供的功能應(yīng)盡可能詳細(xì)和可靠。匯川機(jī)器人交互界面35第9章多機(jī)器人系統(tǒng)§9-1多機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介§9-2多機(jī)器人系統(tǒng)分類(lèi)§9-3多機(jī)器人系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容§9-4多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)36§9-4多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn):實(shí)時(shí)性問(wèn)題為提供臨場(chǎng)感、提高操作效能，機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)有音頻、視頻和力覺(jué)等反饋功能。網(wǎng)絡(luò)延時(shí)造成的控制指令與機(jī)器人做出反應(yīng)之間的時(shí)間差破壞控制的同步感，增加機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的難度。37§9-4多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)通信協(xié)議傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議會(huì)引起不確定傳輸時(shí)延和大時(shí)延，對(duì)于實(shí)時(shí)控制指令數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，必須按照理想的數(shù)據(jù)來(lái)傳輸，不能丟失和重復(fù)。解決的辦法是采用特殊的通信手段或開(kāi)發(fā)一種全新的通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn):38§9-4多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)控制策略在控制層面上應(yīng)用一些方法來(lái)改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，如直接控制、監(jiān)督控制、預(yù)測(cè)顯示控制、基于事件的智能控制、無(wú)源性及耗散理論等。自我重組織多機(jī)器人具有可標(biāo)記（編號(hào)）性，完全的分散控制性和監(jiān)督性，合理的緊急反應(yīng)能力。這需要控制、感知和通訊交互技術(shù)的基礎(chǔ)研究。可測(cè)量性多機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn):39課后作業(yè)9.