隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，多機(jī)器人系統(tǒng)以其單個機(jī)器人無法比擬的優(yōu)越性己經(jīng)引起普遍重視。目前多移動機(jī)器人系統(tǒng)的研究己經(jīng)成為機(jī)器人領(lǐng)域的熱點之一。構(gòu)造多移動機(jī)器人系統(tǒng)一個重要的因素是體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，系統(tǒng)性能的優(yōu)劣很大程度上取決于結(jié)構(gòu)是否合理。作為多移動機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成單位個體機(jī)器人的控制體系結(jié)構(gòu)是一個很重要的研究方面。
分布多機(jī)器人系統(tǒng)是由許多機(jī)器人按照一定的結(jié)構(gòu)、關(guān)系、模式結(jié)合起來構(gòu)成一個整體，而體系結(jié)構(gòu)則是提供機(jī)器人活動和交互的框架，它決定機(jī)器人之間的信息關(guān)系和控制關(guān)系，其體系結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)作行為的基礎(chǔ)，決定了機(jī)器人的合作能力，從控制方式和信息交互方式上看，其體系結(jié)構(gòu)分為集中式和分散式，多機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)就是研究如何根據(jù)任務(wù)類型、機(jī)器人個人能力等確定機(jī)器人群體模型以及恰當(dāng)?shù)南嗷リP(guān)系等。
建立有效的機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)多機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)作程度，體系結(jié)構(gòu)可以是平行的、遞階的或者混合型的。任務(wù)的復(fù)雜性和不確定性特征是決定體系結(jié)構(gòu)的兩個重要因素。復(fù)雜性包括信息復(fù)雜性、任務(wù)復(fù)雜性以及合作復(fù)雜性。不確定性包括信息不確定性，算法不確定性、環(huán)境不確定性和行為不確定性。2基于agent的多機(jī)器人系統(tǒng)隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們提出了基于agent的多機(jī)器人協(xié)調(diào)體系的結(jié)構(gòu)，典型結(jié)構(gòu)如包容式的結(jié)構(gòu)，包容式的結(jié)構(gòu)由多個并發(fā)的行為產(chǎn)生器形成，直接對環(huán)境變化做出反應(yīng)。
在多機(jī)器人協(xié)調(diào)系統(tǒng)中，一般將系統(tǒng)中單一機(jī)器人視為一個機(jī)）模型。慎思deliberate）模型的概念始于1987年，它的主要思想是依靠一組精神類型來描述agent的內(nèi)部處理狀態(tài)和建立控制結(jié)構(gòu)，它包括信念、愿望、意圖，其中信念即agent對其所處的環(huán)境的認(rèn)識，這種認(rèn)識應(yīng)盡可能的全面和正確，愿望是智能體希望到達(dá)的狀態(tài)，它通常是人們交給agent的任務(wù)。而意圖是描述agent為達(dá)到愿望而計劃采取的動作的步騾，意圖在agent動作過程中可能會由于環(huán)境的改變而需要決定新的動作的步騾。
這樣人們不僅可以把機(jī)器人的知識能力和目標(biāo)都封裝到機(jī)器人agent中，還可以讓機(jī)器人agent象人一樣具有心智，并賦予其行動推理及規(guī)劃、管理，引入?yún)f(xié)調(diào)合作機(jī)制，從而構(gòu)造出適合于協(xié)作機(jī)器人的agent模型。
基于慎思機(jī)器人agent，當(dāng)任務(wù)分配后，不但能完成各自的局部問題的求解，解決集中式控制方存在的瓶頸問題，而且當(dāng)外部環(huán)境發(fā)生變化時，能夠自主地利用自身所具有的心智但是在80年代中期，出現(xiàn)了一種新思想，它受到了行為心理學(xué)的強(qiáng)烈影響。在一些著名學(xué)者的引導(dǎo)下，一種新的智能體控制結(jié)構(gòu)發(fā)展起來，它經(jīng)常被稱為：基于行為的結(jié)構(gòu)或反應(yīng)式結(jié)構(gòu)。這種智能體在運行時進(jìn)行實時決策，通?；谟邢薜男畔⒘亢秃唵蔚?狀態(tài)！動作-規(guī)則。一些學(xué)者，以brooks為代表，否認(rèn)需要任何環(huán)境的符號表示。與慎思結(jié)構(gòu)不同的是，反應(yīng)式結(jié)構(gòu)直接基于傳感器的輸入進(jìn)行決策，在其內(nèi)部不維護(hù)外界環(huán)境模型，即可以在完全陌生的環(huán)境中進(jìn)行操作。反應(yīng)式結(jié)構(gòu)的設(shè)計受到simon假說的啟發(fā)：智能體行為的復(fù)雜性反映了其所處環(huán)境的復(fù)雜性，而非智能體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。這類系統(tǒng)實現(xiàn)的焦點在于產(chǎn)生魯棒的行為，而不是正確的或最優(yōu)的行為。反應(yīng)式和慎思兩種結(jié)構(gòu)對比如所示。
上述的兩種結(jié)構(gòu)有其各自的缺點：純粹的反應(yīng)式系統(tǒng)很難設(shè)計直接目標(biāo)的行為；大多數(shù)基于推理機(jī)制的deliberate系統(tǒng)不易處理而且缺少反應(yīng)能力。但是，一個基本的要求對于真實環(huán)境智能體的行動在動態(tài)和不確定環(huán)境是能夠顯示反應(yīng)和慎思行為，需要包含上述兩種行為，稱為混合結(jié)構(gòu)。
混合結(jié)構(gòu)允許重新配置基于環(huán)境知識的反應(yīng)控制器系統(tǒng)，增加相對的柔性到純反應(yīng)系統(tǒng)中，基于慎思針對環(huán)境模型的推理）的動態(tài)配置控制系統(tǒng)對于一般目的的機(jī)器人的全面競爭能力是一個重要的促進(jìn)。發(fā)揮兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，是混合結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要思想。一種主要的混合結(jié)構(gòu)模型，任務(wù)分解導(dǎo)致子系統(tǒng)是分層安排，層結(jié)構(gòu)是過去幾年中逐步發(fā)展起來的，并在實際中有效克服上述缺點的方法，特別的，在分層結(jié)構(gòu)中確定的兩類控制流：水平分層：每層直接連接傳感器輸入和行動輸出，在這種方式下，每層象一個智能體，提供執(zhí)行什么行動的指示。
垂直分層：傳感器輸入和行動輸出由慎思層處理，而一個或多個之間層執(zhí)行從輸入到輸出的處理。
層是結(jié)構(gòu)化功能與控制的有效手段，同時可以使設(shè)計的系統(tǒng)具有多種期望的屬性，如reactive能力、deliberate能力、合作和自適應(yīng)即學(xué)習(xí)能力。層結(jié)構(gòu)的主要思想是將按照agent的功能將其結(jié)構(gòu)分成2個或更多的混合組織的層，層之間可以互相交互。層具有如下優(yōu)點：使agent模塊化。不同的功能被清晰地分開，并且通過定義好的接口相連。
使agent結(jié)構(gòu)更加緊湊，增加了魯棒性，方便調(diào)試。）由于多個層可以并行運行，agent的計算能力得到增強(qiáng)。
特別地，agent的reactive能力得到了增強(qiáng)，在規(guī)劃時，reactive層仍然可以監(jiān)視環(huán)境狀態(tài)的變化。
由于在不同的功能應(yīng)用中需要不同類型的知識，限制獨立層的知識量而不影響其決策是完全可能的。
層決定哪個行動agent應(yīng)該執(zhí)行，一層能夠緊急響應(yīng)發(fā)生在環(huán)境中的變化，和規(guī)劃層提供agent具有正面激活的行為。
：ap包括3個控制層，每層與一個知識庫有關(guān)，環(huán)境表示在不同決策水平，高層知識庫表示規(guī)劃和行動，中層知識表示計劃和行動，低層水平表示關(guān)于環(huán)境的粗信息。doreils4k提出一種適合協(xié)作、自主移動機(jī)器人的垂直分層，該結(jié)構(gòu)分為三層：規(guī)劃層、控制層和功能層。規(guī)劃層實現(xiàn)協(xié)調(diào)協(xié)議的管理、任務(wù)的分解與分配以及局部規(guī)劃功能；控制層執(zhí)行任務(wù)同時監(jiān)控機(jī)器人是否正常；功能層實現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的處理、動作執(zhí)行和突發(fā)事件的檢測與處理功能。該結(jié)構(gòu)具有模塊化、魯棒性和柔性等特性。
更多的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計反映于robocup國際機(jī)器人足球比賽中，各國參賽隊伍研究的一個核心問題就是在agent結(jié)構(gòu)中尋找在反應(yīng)和慎思中合適的平衡，在早期階段，幾乎所有的隊伍使用反應(yīng)模型或者慎思模型，在隊伍具有一定經(jīng)驗之后，它們開始研究混合結(jié)構(gòu)，根據(jù)意圖目標(biāo)，幾個結(jié)構(gòu)被研究，例如象idte：：ap和touringmachine的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)到robocup環(huán)境中。
該文面向多智能體的移動機(jī)器人系統(tǒng)，提出了一種適合各種規(guī)模機(jī)器人系統(tǒng)的任務(wù)級協(xié)作，各類環(huán)境尤其是非結(jié)構(gòu)化、動態(tài)環(huán)境的移動機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)，分為四個層次：狀態(tài)觀測層、決策規(guī)劃層、協(xié)調(diào)控制層和行為控制層。
3分布多機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)器人agent控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計多機(jī)器人系統(tǒng)的研究主要是研究機(jī)器人的協(xié)作控制與協(xié)調(diào)控制-明確指出，在多機(jī)器人系統(tǒng)中，協(xié)作與協(xié)調(diào)是兩個不同而又相互聯(lián)系的概念。協(xié)作是研究高層的組織與協(xié)作機(jī)制問題，主要研究多機(jī)器人之間的協(xié)作機(jī)制、多機(jī)器人系統(tǒng)的組織形式等。而協(xié)調(diào)則著重研究機(jī)器人之間協(xié)作關(guān)系確定后具體的運動控制問題。因此，多機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)作和協(xié)調(diào)是兩個不同的過程。協(xié)作過程是一個任務(wù)級的協(xié)調(diào)過程，而協(xié)調(diào)過程則是一個動作級的協(xié)調(diào)過程。有別于多機(jī)器人協(xié)調(diào)系統(tǒng)。
由于機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心部分，決定了系統(tǒng)機(jī)器人的協(xié)作能力，因此系統(tǒng)要求機(jī)器人不僅具備內(nèi)部管理、軌跡規(guī)劃及控制功能，而且具備信息交互、分析推理及組織管理等功能?；诜植级鄼C(jī)器人系統(tǒng)的要求，機(jī)器人agent控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)考慮感知能力、局部規(guī)劃能力、通訊能力、任務(wù)分解能力、任務(wù)分配能力、學(xué)習(xí)能力以及控制能力等問題。
分層遞階的控制結(jié)構(gòu)該文根據(jù)機(jī)器人系統(tǒng)任務(wù)級協(xié)作的實現(xiàn)過程、移動機(jī)器人1這些優(yōu)點使層成為一df！f和最有效應(yīng)當(dāng)備的能力，結(jié)合分；層遞階和基于行/為的控制體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)工程與應(yīng)用特點，設(shè)計了一種分層式移動機(jī)器人個體控制體系結(jié)構(gòu)，所示為多移動機(jī)器人系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)。從圖中可以得到機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)包括狀態(tài)觀測層、決策規(guī)劃層、協(xié)調(diào)控制層和行為控制層四個層次。通訊是協(xié)作的機(jī)器人之間交互的基本手段，機(jī)器人之間相互交換的信息包括任務(wù)、有關(guān)的內(nèi)部狀態(tài)和一些運動數(shù)據(jù)等。
3.1狀態(tài)觀測層隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大、任務(wù)難度的增大和工作環(huán)境復(fù)雜性的增加。自主機(jī)器人的要求之一就是自動化，不需要人干預(yù)地對外界環(huán)境的變化進(jìn)行實時觀測，對于環(huán)境狀態(tài)的變化反映到?jīng)Q策規(guī)劃層，使機(jī)器人能根據(jù)環(huán)境的變化而采取相應(yīng)的行動。3.2決策規(guī)劃層決策規(guī)劃層主要功能是建立機(jī)器人之間分層式的組織關(guān)系，根據(jù)任務(wù)的要求創(chuàng)建和組織合適的機(jī)器人群體，解決多機(jī)器人之間的任務(wù)級協(xié)作問題。結(jié)構(gòu)如。
任另外，下面具體介紹一下各功能模塊：通訊模塊：它是聯(lián)系環(huán)境狀態(tài)觀測層和決策規(guī)劃層的橋梁，將環(huán)境狀態(tài)的變換及時反映到系統(tǒng)決策層中，同時它還承擔(dān)與其他機(jī)器人進(jìn)行協(xié)商的功能。
任務(wù)隊列模塊：按照所執(zhí)行任務(wù)的先后順序形成待執(zhí)行任務(wù)隊列。
任務(wù)評估模塊：對任務(wù)隊列中的任務(wù)逐個根據(jù)自身的能力評估任務(wù)完成情況。以及完成任務(wù)所需要的必要條件。
策略庫：根據(jù)評估的結(jié)果，搜索策略庫，根據(jù)已有的策略或者在先前進(jìn)行學(xué)習(xí)積累的經(jīng)驗，選擇合適的策略，這是系統(tǒng)的決策過程。
任務(wù)分解模塊：根據(jù)決策的結(jié)果，將任務(wù)分解為子任務(wù)。
角色分配：根據(jù)各個機(jī)器人能力和位置不同而承擔(dān)不同的角色。
任務(wù)分配模塊：根據(jù)角色分配的結(jié)果以及任務(wù)分解的結(jié)果進(jìn)行角色和任務(wù)匹配。
協(xié)作模塊：協(xié)作模塊是整個控制結(jié)構(gòu)的核心部件。它在與其它機(jī)器人相應(yīng)模塊的交互過程中建立機(jī)器人之間分層式的組織形式，按照任務(wù)！級協(xié)作的a現(xiàn)步驟，協(xié)調(diào)務(wù)1評）估、任務(wù)分shin狀態(tài)信sl'.傳遞給協(xié)作規(guī)劃層。土922003.21計算機(jī)工程與應(yīng)用配、任務(wù)分解模塊之間的關(guān)系：分配。
3.3協(xié)調(diào)控制層如所示，協(xié)調(diào)規(guī)劃層是定后具體的運動控制問題。協(xié)調(diào)務(wù)后，機(jī)器人根據(jù)當(dāng)前目標(biāo)信息等來規(guī)劃自身行為突和采取有效措施消解沖突。
如：子任務(wù)的實現(xiàn)、沖突的消解劃重新規(guī)劃。
各個模塊的功能如下：協(xié)調(diào)層通訊模塊：負(fù)責(zé)機(jī)器協(xié)調(diào)模型：根據(jù)傳感信息型，目的是對其他機(jī)器人的運動己動作的。其中模型包括-模型；沖突檢測模塊：隨著時間的劃在執(zhí)行過程中可能會產(chǎn)生沖突發(fā)生，判斷沖突發(fā)生的類型以及沖突消解模塊：根據(jù)沖突類協(xié)調(diào)控制器是協(xié)調(diào)層的核心規(guī)劃，根據(jù)任務(wù)目標(biāo)）、自身狀態(tài)行為，產(chǎn)生近期的運動序列，并：協(xié)商，實現(xiàn)機(jī)器人之間沖突的消3.4行為控制層行為控制層的設(shè)計有兩個目情況或簡單任務(wù)做出迅速反應(yīng)射到某種行為，基本上不做推理是執(zhí)行協(xié)調(diào)層產(chǎn)生的運動控制命要是采用基于行為的反應(yīng)式方；感知模塊檢測到的環(huán)境信息，通上層的有關(guān)命令，結(jié)合對工作環(huán)規(guī)劃出具體的運動方向和運動速結(jié)構(gòu)框圖如所示，由六個模各模塊及其主要功能如下所行為控制器：它是行為控制的任務(wù)狀態(tài)產(chǎn)生的行為描述采，于行為的實時運動規(guī)劃，并且對果不能解決，則請求協(xié)作規(guī)劃層實現(xiàn)任務(wù)合理快速的分解和為解決機(jī)器人之間協(xié)作關(guān)系確控制層確定了各機(jī)器人的子任務(wù)）、自身狀態(tài)、以往經(jīng)驗、傳感在動作執(zhí)行過程中負(fù)責(zé)檢查沖協(xié)調(diào)控制層中無法處理的問題）則返回決策規(guī)劃層，由決策規(guī)人之間運動規(guī)劃信息的傳遞；和通訊信息對外部環(huán)境建立模狀態(tài)做出預(yù)測，以作為規(guī)劃自世界模型和其他機(jī)器人的狀態(tài)型提供沖突消解的策略；負(fù)責(zé)機(jī)器人運動協(xié)調(diào)的局部茨及外部環(huán)境信息，規(guī)劃自身的負(fù)責(zé)機(jī)器人協(xié)調(diào)控制層之間的目的：一是為了使機(jī)器人對緊急如避障），它直接由傳感信息映里或根據(jù)簡單規(guī)則直接推理；二令，產(chǎn)生相應(yīng)的動作。該層主法，根據(jù)當(dāng)前的任務(wù)狀態(tài)，綜合過通訊獲得的相關(guān)信息及來自境的了解進(jìn)行決策，為機(jī)器人g度，實現(xiàn)具體的運動控制。其塊組成。
層的核心控制部件，根據(jù)當(dāng)前電合適的行為綜合機(jī)制進(jìn)行基于發(fā)生的異常、沖突或死鎖如的參與。除此之外，它還將運動基本行為集合：存放完成任務(wù)所需要的各種低層行為。
行為搜索模塊：當(dāng)對于一個任務(wù)指定一系列的行為后，如何實現(xiàn)各激活行為之間有機(jī)的結(jié)合變成亟需解決的問題，即如何選取合適的行為綜合機(jī)制，此模塊提供的綜合機(jī)制為：矢量加權(quán)優(yōu)先級的行為綜合機(jī)制，根據(jù)環(huán)境的變化實時進(jìn)行自調(diào)節(jié)行為的優(yōu)先級的權(quán)系數(shù)，搜索時，選擇最高權(quán)系數(shù)的行為執(zhí)行。在該機(jī)制中，高優(yōu)先級的行為可以抑制低優(yōu)先級的行為的發(fā)生。
行為控制層結(jié)構(gòu)通訊模塊：主要實現(xiàn)機(jī)器人之間運動信息的傳遞。
行為協(xié)調(diào)模塊：雖然在行為設(shè)計中己考慮過可能發(fā)生的沖突、死鎖，但對于某些任務(wù)來說，在目前行為設(shè)計尚不夠完善的情況下，仍然可能會出現(xiàn)沖突和死鎖現(xiàn)象。因此，必須采取一定的策略協(xié)調(diào)機(jī)器人之間的運動，同時這也是更好完成任務(wù)的需要。
監(jiān)控模塊：監(jiān)控機(jī)器人的狀態(tài)是否異常。如果機(jī)器人在任務(wù)執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常，無法繼續(xù)完成，應(yīng)立即停止該任務(wù)的執(zhí)行，通知行為規(guī)劃控制器。
4robocup環(huán)境的應(yīng)用文中應(yīng)用上述框架理論到（obocup環(huán)境中，針對小型組比賽模式設(shè)計如下控制框架。
系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)列舉在中，分布機(jī)器人系統(tǒng)的3個主要的組件是視覺模塊，策略規(guī)劃器，以及運動控制器。視覺模塊起到狀態(tài)觀測層的作用，它分析來自攝像機(jī)和圖像卡的數(shù)據(jù)信息，抽取當(dāng)前圖像信息，這個信息包括物體類型、方向和距離，信息被決策規(guī)劃器進(jìn)行處理，它包括三個處理部分：顏色識別，區(qū)分本隊球員還是對方球員；邊界檢測，球員之間的距離；比賽圍墻的判斷。
策略規(guī)劃器采用基于混合結(jié)構(gòu)的控制模式，混合結(jié)構(gòu)通過分層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，主要分3層，首先決策規(guī)劃層，采用模糊rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實時進(jìn)行決策規(guī)劃，這里決策模塊根據(jù)環(huán)境狀態(tài)信息進(jìn)行推理決策，決定機(jī)器人下一次行動，一旦機(jī)器人的行為被決定，則傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)控制層進(jìn)行控制協(xié)作；第二層是協(xié)調(diào)控制層，在這一層中，提出了在robocup環(huán)境中機(jī)器人的4類運動協(xié)調(diào)運動模型。根據(jù)環(huán)境狀態(tài)，映射到一種運動協(xié)調(diào)模型。第三層是行為控制層，機(jī)器人應(yīng)根據(jù)環(huán)境的狀態(tài)進(jìn)行自適應(yīng)基本行為選擇，例如機(jī)器人實時避障，射門，以及移向目標(biāo)位置。實際5結(jié)論隨著移動機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜性的增加和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，對機(jī)器人提出了更高的要求，結(jié)構(gòu)的設(shè)計是首先需要考慮的問題之一。該文首先介紹了機(jī)器人系統(tǒng)任務(wù)級協(xié)作的實現(xiàn)過程，在此基礎(chǔ)上，綜合了分層遞階和基于行為的體系結(jié)構(gòu)的特點。針對移動機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具備的能力，提出了一種分層式體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)監(jiān)控層、協(xié)作規(guī)劃層和行為控制層。
根據(jù)各層所實現(xiàn)的功能，它具有魯棒性、容錯性和模塊化等優(yōu)點，是一種適合移動機(jī)器人的個體控制體系結(jié)構(gòu)。
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