多智能体机器人系统设计与编队问题的研究

摘要

多机器人协调控制可以完成单个机器人无法完成的复杂任务，并且大大提高了工作的效率。本文以此为目的，分别从多机器人协调问题中的队形控制和多智能体机器人两方面进行研究。多机器人队形控制中常用基于行为的控制方法，将单个机器人的行为分解成奔向目标、保持队形、避碰、避障等。本文同样采用此法。在奔向目标和队形保持的行为中加入了动态死区法，加快了队形的收敛速度。同时采用了反向避碰和切线避障原则。仿真结果表明了队形收敛速度提高。最后改进了上述算法，引入了机器人整体队形向量来约束单个机器人的方向向量，使得每个机器人的运动方向都向着整体队形的方向。仿真结果证明了本文算法的可行性和有效性。提出了运用开放式多智能体结构（OAA）理论来构建多智能体机器人系统，并探讨了该系统所具备的功能，实验室实现和涉及到的诸多关键技术。Saphira软件是美国ActiveMeida公司生产Pioneer2/Dx型轮式智能机器人的应用程序开发环境，提供了丰富的接口函数，但是它是基于单个机器人的。通过往OAA上添加多个Saphira智能体可以实现在OAA中多机器人协调控制。实验中编写了robotAgent智能体，并成功地挂接到OAA系统的协调器Facilitator上。由于Saphira是C++语言编写的，而OAA只提供了JAVA接口，因此在添加Saphira智能体时，使用了JAVA本地方法调用(JNI)技术，将Saphira封装起来，实现了一个机器人智能体。如果再往系统中添加数据库智能体、地图智能体等多个智能体，即可以在OAA体系结构中实现多机器人协调控制。