基于协作协进化的多机器人协作机制研究

摘要

协作问题一直是自主多Agent机器人系统研究的关键问题之一.在多Agent协作搬运多个物体的任务中,现有的协作协议难以取得最佳的协作效果.因此,有必要对多Agent的协作机制作进一步的研究.该研究的目的是设计一种基于协作协进化的多Agent协作机制,在该机制下,多Agent协作搬运多个物体能在更短的时间内完成.首先,分配给各Agent大小相等的搜索区间,各Agent在其区域内完成物体搜索任务;然后,以Agent任务的理想耗费为参考,通过任务分解的两次分配过程,将搬运物体较均衡地分配给各Agent;接着,每个Agent以其任务中所有物体编号的随机排列为个体,产生初始种群;再接着,在各种群进化的过程中,对新个体进行适应度评估,如果该个体与其它种群代表一起完成物体搬运的协作效果较好,则赋予较高的适应度,否则,赋予较低的适应度,并在进行种群迭代时,用适应度高的个体取代父代中适应度低的个体,形成新一代种群,从而使得各种群朝着协作效果更好的方向进化;最后,各Agent按照协进化过程结束后得到的最优任务执行序列完成物体搬运.运用上述方法,通过对3个同构的Agent协作搬运8个物体的计算机模拟,得出了较之已有协议,基于协作协进化的多Agent协作机制的多Agent系统能在更短的时间内完成任务搬运的结论.且测试过程表明,该协作机制具有良好的稳定性,算法收敛.由此说明,这种新的协作机制能有效提高多机器人系统的协作效率.该协作机制的研究成功,不仅丰富和发展了多机器人协作理论,而且为多机器人群体协作行为的研究提供了一种新的思路.

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章前言

1.1研究背景及意义

1.2课题的研究目的与所作工作

1.3论文的组织

1.4本章小结

第二章进化计算及其相关知识

2.1遗传算法

2.1.1基本思想

2.1.2基本操作

2.1.3基本流程图

2.2协进化方法

2.2.1基本思想

2.2.2基本模型

2.3协作协进化

2.3.1协作协进化方法描述

2.3.2协作协进化主要特征

2.4小结

第三章多Agent系统协作

3.1 Agent

3.1.1概念及特性

3.1.2 Agent基本结构

3.1.3 Agent模型

3.2多Agent系统(Multi-Agent System,MAS)

3.2.1多Agent系统的体系结构

3.2.2多Agent系统的通信机制

3.3多机器人协作领域的研究状况

3.4采用协进化方法进行多机器人协作研究现状

3.5协作多机器人系统与MAS的内在联系

3.6小结

第四章基于协进化的多Agent系统设计

4.1任务模型

4.2进化的Agent结构模型

4.3基于协作协进化的多Agent系统

4.3.1系统结构

4.3.2通信

4.4任务分解

4.4.1任务分解

4.4.2本系统任务分解设计

4.5协作协进化方法设计

4.5.1 MAS的协作协议

4.5.2本系统协作设计

4.6实现

4.7小结

第五章计算机仿真及结果分析

5.1仿真平台描述

5.1.1平台功能

5.1.2系统结构

5.2仿真任务描述

5.3阀值F测试

5.4协作过程测试

5.5与CCP协议的比较

5.6小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加科研项目与发表的学术论文