通信的重要性

通信是多機(jī)器人系統(tǒng)的一個(gè)重要研究問題，是機(jī)器人之間信息傳遞的方式和相互交互的基礎(chǔ)。由各個(gè)個(gè)體機(jī)器人組成的群體系統(tǒng)，通信是必不可少的，多機(jī)器人之間**必要的信息交流，來進(jìn)行多機(jī)器人的同步或協(xié)調(diào)。系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)決定了機(jī)器人之間的相互作用方式。多機(jī)器人系統(tǒng)中機(jī)器人之間**通訊，進(jìn)行環(huán)境信息的傳遞、了解其他機(jī)器人的意圖和動(dòng)機(jī)，**協(xié)商，各自選擇相應(yīng)的協(xié)作行為，減少彼此沖突，提高整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)協(xié)作性。多機(jī)器人協(xié)作和控制研究的基本思想就是將多機(jī)器人之間的協(xié)作看作一個(gè)群體，研究其協(xié)作機(jī)制，從而充分發(fā)揮多機(jī)器人系統(tǒng)各種內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)。為了有效地交流和協(xié)商，必須解決機(jī)器人之間信息處理與傳輸問題，即多機(jī)器人通信問題。群機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)群體之間的協(xié)調(diào)，就必須保證群體之間交流和協(xié)商的有效性，以及信息的有效共享。有效的通信可以大大提高系統(tǒng)性能。由此可見，通信在群機(jī)器人系統(tǒng)研究中具有舉足輕重的作用，是群機(jī)器人系統(tǒng)研究中一項(xiàng)重要的內(nèi)容。

通信的分類

對(duì)于多機(jī)器人通信機(jī)制的研究，學(xué)者將其區(qū)分為隱式通信、顯式通信,。

隱式通信：受自然界中的生物群體如螞蟻等群體性昆蟲之間依靠信息素進(jìn)行交流的啟發(fā)，群機(jī)器人可能采用隱式通信的方式，即機(jī)器人之間不直接進(jìn)行信息交換，而是**外界環(huán)境和自身傳感器來獲取所需的信息并實(shí)現(xiàn)相互之間的協(xié)作，有時(shí)也被稱作“激勵(lì)”。由于采用隱式通信的群機(jī)器人中個(gè)體之間不存在數(shù)據(jù)的顯式交換，故無法使用高級(jí)的協(xié)調(diào)協(xié)作策略，從而降低了完成復(fù)雜任務(wù)的能力。另外，隱式通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)也有較大難度。

顯式通信：顯式通信是**某種通信介質(zhì)，以某種共有的規(guī)則和方式在機(jī)器人之間直接進(jìn)行信息的交換。雖然，顯式通信較隱式通信具有較為明顯的優(yōu)點(diǎn)，但顯式通信也存在以下問題：機(jī)器人之間的通信過程延長(zhǎng)了系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境變化的反應(yīng)時(shí)間；通信帶寬的限制使機(jī)器人在傳遞交換信息時(shí)容易出現(xiàn)瓶頸，特別是群機(jī)器人系統(tǒng)規(guī)模增大時(shí)通信瓶頸更為明顯等。

通信技術(shù)的現(xiàn)狀

隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)多機(jī)器人研究的深人和通信技術(shù)的發(fā)展，多機(jī)器人通信系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展。但是，多機(jī)器人通信系統(tǒng)的研究進(jìn)展與多機(jī)器人學(xué)其他方面的研究進(jìn)展還有一定的差距。怎樣在不影響多機(jī)器人系統(tǒng)魯棒性的情況下，實(shí)現(xiàn)隱式通信與顯式通信有效結(jié)合；怎樣在現(xiàn)有的技術(shù)和條件下，設(shè)計(jì)一種可以普遍適用于多機(jī)器人通信的協(xié)議和通信模塊；怎樣設(shè)計(jì)通信控制策略等都是現(xiàn)在通信技術(shù)所面臨的問題。在充分利用移動(dòng)機(jī)器人有限的資源(如電源等)的條件下，既保證通信質(zhì)量又確保任務(wù)的順利完成，都是未來需要加以研究的問題。至今，國(guó)內(nèi)外很多文獻(xiàn)對(duì)多機(jī)器人系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了詳盡的歸納、總結(jié)，深刻分析了多機(jī)器人系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及主要的研究?jī)?nèi)容，但是專門對(duì)多機(jī)器人通信系統(tǒng)的研究卻較很少，這也從側(cè)面限制了多機(jī)器人通信技術(shù)的發(fā)展。

可重構(gòu)多機(jī)器人

可重構(gòu)機(jī)器人是一種能根據(jù)任務(wù)需要，重新組合構(gòu)型的機(jī)器人。它是在模塊化機(jī)器人研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?？芍貥?gòu)機(jī)器人就是利用一些不同尺寸和性能的可互換的連桿和關(guān)節(jié)模塊像搭積木似地組合成特定構(gòu)型的機(jī)器人。這種組合并不是簡(jiǎn)單的機(jī)械重構(gòu)，還包括控制系統(tǒng)(電子硬件、控制算法、軟件等)的重構(gòu)。因?yàn)槟K關(guān)節(jié)本身就是一種集通訊、控制、驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)一體化的單元?？芍貥?gòu)機(jī)器人的種類很多，如可重構(gòu)的機(jī)械手、可重構(gòu)的步行機(jī)器人、可重構(gòu)的并聯(lián)機(jī)器人、可重構(gòu)的娛樂機(jī)器人、可自重構(gòu)的機(jī)器人等。歸納起來主要有三種類型的可重構(gòu)機(jī)器人，**類是需要外界參與才能進(jìn)行重構(gòu)的機(jī)器人，如可重構(gòu)的模塊化機(jī)械手系統(tǒng)；第二類是**獨(dú)立的模塊自主地進(jìn)行構(gòu)型的可自重構(gòu)機(jī)器人，如細(xì)胞機(jī)器人系統(tǒng)；第三類是變形機(jī)器人，如電影里的變形金剛。

近年來，可重構(gòu)機(jī)器人的研究受到廣泛關(guān)注并已經(jīng)成為機(jī)器人研究的一個(gè)新的發(fā)展方向。但是對(duì)于這樣一個(gè)復(fù)雜的可重構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)，存在許多需要解決的技術(shù)難題，如機(jī)器人的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)、多機(jī)器人的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)集成技術(shù)等等。在項(xiàng)目開發(fā)之前進(jìn)行系統(tǒng)的仿真研究是必須的。復(fù)雜系統(tǒng)的仿真在整個(gè)課題研究中的意義是重大的，可以說是整個(gè)研究的先導(dǎo)。但是目前，國(guó)內(nèi)外機(jī)器人重構(gòu)仿真沒有成型產(chǎn)品，只有一些不成熟的對(duì)某種產(chǎn)品的簡(jiǎn)單仿真或針對(duì)個(gè)別機(jī)器人或針對(duì)機(jī)器人的某一方面。尚沒有通用的進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真的成形工具。所以目前大多數(shù)可重構(gòu)機(jī)器人只能出現(xiàn)在電影熒屏里以及人們的想象之中。

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