正文 基於覓食模型的多機器人協調控製研究(2 / 2)

2.3 機器人與牆之間的避障

當機器人A進入預警區(預警線與牆之間的區域),機器人開始減速,並且判斷速度方向是否朝向牆如AB這個方向,若滿足則機器人采取避障操作即原地轉動,直到速度背離牆如AC方向,同時以最大速度移動,此時執行移動操作。

3 仿真研究

覓食區域為一個正方形區域(不考慮量綱),時間步長為1 s,機器人單位步長內移動距離為區域邊長的1/20。機器人隨機轉過的角度為15°的1~5倍。家區域為覓食區域右下角的半徑為邊長的1/8。每次的是食物數量為20,仿真時間為300 s。分別仿真機器人的數量為3、5、7、9、11、13、15、17、19、21時,分別仿真10次3種覓食方式的覓食過程。從分析食物密度變化趨勢得知所剩食物較少時,食物密度幾乎不發生變化。為了便於分析,便采用覓食效率(機器人收集80%的食物所需時間的倒數)和避障次數(機器人與機器人之間的避障次數)指標衡量多機器人的協調一致性。

3.1 覓食效率分析

在3種覓食方式下,機器人覓食效率都先隨著機器人數量的增加而增加。但是,在單區域覓食方式下,當機器人數量大於17時,其覓食效率反而降低;在分家覓食方式下,當機器人數量大於15左右時,其覓食效率基本不再提高;而在分區覓食方式下,可見其覓食效率隨著機器人數量增加仍可提高。

由此可得當機器人數量較大時,分區覓食方式效率最高。

3.2 避障次數分析

由前麵的分析可以得出:在一定範圍內,增加機器人的數量會增加群體的效率,但隱藏在這背後的機器人之間的衝突也可能加劇。此時,采用機器人的避障次數,作為衡量衝突的一個指標。

觀察分析可得單區域覓食的避障次數最多,觀察仿真的過程也發現大多數的避障是發生在家區域的緩衝區附近,而分家和分區能有效地避免在家區域附近的避障。可得出每種覓食方式都存在一個最優的機器人數量使得在其覓食效率達到一定值時,避障次數相對最少。

4 結 語

多機器人協調是當今機器人技術的一個重要發展方向。改善多機器人之間的協調一致性將極大提高機器人的運作效率,將給予人類更多的便利與高效。研究多機器人係統對於機器人智能化發展與進一步實用化進程具有重要的理論意義和實用價值。

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