面向机器人足球系统的多机器人协作与petri网建模

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1、l绪论硕十学位论文系统实现了对昆虫社会的一种人工模拟。目的是将许多简单的机器人构成群体来完成一些有意义的工作。研究针对在机器人之间没有建立显式通讯的条件下，如何利用分散式控制方式实现多机器人系统的协作。用该系统进行的推箱子的实验结果表明，在不存在显式通讯和集中规划器的条件下，可以得到可行的结果【l¨。卡耐基梅隆大学(CMU)的机器人实验室的M．Veloso致力于对抗环境以及不确定环境下的群体的建立，带领研究人员开展机器学习、机器人足球、分布式感知、人机交互模式、分布式机器人体系结构、异构任务分配等方面的研究，

2、并在模拟和实际的机器人平台上进行了各种实验。’麻省理工学院(MIT)的多机器人实验室的DanielaRus等人研究自重构模块化机器人。JamesMcLurkin等人研究机器人的群体行为。美国OakRidge国家实验室的LynneE．Parker博士在多Agent协作、自主Agent体系结构、多Agent通讯等方面做了许多工作【18J91。例如人机协作，移动机器人协作，多Agent协作，智能Agent体系等。他们研究的协作机器人是集成了感知、推理动作的智能系统，着重研究在环境未知且在任务执行过程中环境动态变化的

3、情况下，机器人如何协作完成任务。相对于国外，我国对于群体机器人的研究起步较晚，但我国的相关院所与高校近几年也投入了相当精力对多机器人系统进行了深入研究，一般集中在多机器人协作与多机器人学习等方面，而且多为针对智能化制造系统和机器人足球的应用基础性研究，并取得了一定成果。中国科学院沈阳自动化所以制造环境应用多机器人装配为背景，建立了一个用MACAS(Multi．RobotCooperativeAssemblySystem--一多机器人协作装配实验系统)。实现了该系统的自主编队行进、自主队形变换和自主避障：也实现

4、了通过互联网络对群体机器人进行远程操作：成功完成了中国、美国和香港三地跨洋遥操作实验。以席裕庚为代表的上海交通大学的科研人员研制了多移动机器人系统平台ActivMediaRobotics。国内各高校积极参与和组织各类机器人竞赛活动。1999年在巴西举办的第四届FIRA微机器人足球比赛中，代表我国第一次参赛的东北大学代表队取得了第4名的好成绩。1999年11月在哈尔滨举办了首届全国机器人足球邀请赛，有北京大学、清华大学、哈尔滨工业大学等22个单位的代表队参加。1999年8月中国机器人足球协会向FIRA申请，并取

5、得了2001年在北京举办第六届国际微机器人世界杯足球比赛的主办权。1．4本文的主要工作和结构结合南京理工大学模式识别与智能系统国家重点学科课题组的基金项目——多机器人规划和协调方法的研究，根据足球机器人比赛的要求和实际应用的需求，多机器人4硕士学位论文面向机器人足球系统的多机器人协作与Petri网建模系统协调与合作将成为多机器人领域的重要研究方向，多机器人系统的实现，必须要解决多机器人之间的协调合作和控制问题，否则将无法充分发挥多机器人的优势。本文围绕多机器人的协调合作和控制方法的研究，以足球机器人系统作为具

6、体研究对象，对策略选择、任务分配和底层动作设计三个具体问题，分别提出了解决方案并对协调和合作层建立了Petri网模型，本文的结构安排如下：第一章主要以足球机器人这个多机器人系统的典型平台为主，概述了多机器人系统的研究背景、研究意义和应用前景以及国内外研究现状。特别指出多机器人系统的协调与合作的研究，是多机器人系统研究的主要方向及内容之_。第二章从多机器人系统协调合作基本概念和涉及问题出发，分析比较了协调合作研究方法，对当前已有的一些知名模型进行了概括和总结；并对Petri网的概念、性能和分析方法等基本理论进行

7、了介绍。为后面几章的研究奠定了理论基础。第三章简要介绍了本文的实验平台，通过借鉴现有多机器人体系结构的模型，提出了足球机器人系统的体系结构三层推理模型。并对其中的动作层进行了具体的层次划分，然后对每一层动作分别进行了设计。第四章主要对足球机器人决策子系统的合作层进行了研究。通过对场上动态环境进行态势分析并定义了相应的策略，把队形作为解答完成合作层的任务分解。在此基础上建立了合作层的Petri网模型，并对模型的可行性和正确性进行了理论分析和实际的验证。第五章主要对足球机器人决策子系统的协调层进行了研究，实现了动

8、态角色分配以及运用优度评价法解决局部冲突，并用Petri网的方法对此协调机制进行模型分析，使任务分配更加明确。最后给出了整个系统的程序实现框架，并对程序的运行结果进行了分析。第六章对本文研究做了总结，并指出进一步研究方向。52多机器人协作与Petri网原理硕一}：学位论文2．1多机器人协作多机器人的协作是指多个机器人在完成一些集体活动中相互合作的性质，是对环境的适应。由于环境的动念变化性，机器人拥有