第1期 吴军，等：协作多机器人系统研究进展综述 ·15 2有意识协作的异构多机器人系统 式，它定义了整个系统内的各机器人之间的相互关 系和功能分配，确定了系统和各机器人之间的信息 在实际应用中，多机器人系统的成员个体往往存 流通关系及其逻辑上的拓扑结构，决定了任务分解 在设计、结构、乃至智能上的差异，因此多为异构系统 和角色分配、规划及执行等操作的运行机制，提供了 异构多机器人系统通常数量有限（几个到几十个），但 机器人活动和交互的框架0.选择合适的体系结 可以达到系统整体的最优配置].对于有意识协作的 构，是多机器人系统正常、高效运转的关键，也是构 异构多机器人系统，尽管已有多篇文献对协作多机器 建多机器人系统的首要问题，如日本Asama等提出 人系统的研究进行了综述”，但基本都是针对多机 ACTRESS系统结构[3]，美国学者Beni等研究的 器人系统研究中的若干具体问题进行论述，如任务分 SWARM系统结构[]，Le Pape提出了GOFER结 配、运动规划、合作搬运等.本文将从系统优化控制的 构4，Parker等提出了ALLIANCE结构341，Vidal 宏观角度出发，整体上把多机器人系统视作一个控制 等提出了一种混合层次体系结构35]，王醒策等针对 对象，对其构建与优化研究展开相关的总结.总的来 多机器人编队提出了分层的体系结构]，陈卫东等 说，一个优秀的多机器人系统必须有如下特点：合理的 采用递阶混合式结构进行多机器人编队和收集垃 系统体系结构、正确的环境感知能力、优化的决策控制 圾[]，而崔益安则尝试建立一个通用与开放的、适 策略（具体如图1所示）， 应于非结构环境的自组织分层式结构SCLA[] 多机器人系统 虽然特定环境或任务会造成系统结构具有一定 休系结构 的特殊性，但可以从影响体系结构的几个主要系统维 (如组织结构、通信方式、控制结构、团队组成和团队 优化控制 感知与建模 规模)入手，决定到底采用何种体系结构，如表2. 表2系统结构中的主要系统维 环境 Table 2 Main dimensions for system structure 系统组成 具体描述 图1多机器人系统的控制原理 指系统内部成员的相互关系和拓扑结构，分 组织结构 Fig.1 Control schematic diagram for multi-robot system 为集中式、分布式和混合式结构3种 所以，在后续论述中，将围绕构建合理高效的多 通信方式决定了机器人之间的交互方式，分 机器人系统这一研究主线，从协作多机器人系统的 通信方式 隐式通信和显式通信2类. 体系结构、环境感知与优化控制3个方面展开论述， 专指多机器人系统的控制结构，是系统决策 并得到协作多机器人系统关键技术研究的树状结构 控制结构 的方式，分为慎思型和反应型两大类。 图，如图2所示 根据机器人功能异同分为同构/异构机器人 团队组成 石意识协作的异构 团队 多机器人系统研究 团队规模主要由机器人的数量决定， 体系结构 优化控制 由于系统规模对有意识协作的异构多机器人系 环境感知 统性能影响较大，规模越大，对协同和通信能力要求 组织结构 学习优化 越高，除了少数特例（如CENTIBOTS91由97个Ami- (控制结构 任务分配 0机器人和6个P2-AT机器人组成)外，有意识协 通信方式 协调控制 信息融分 定位建图 作的异构多机器人系统一般团队规模较小，所以本 文将重点讨论其他3个系统维：组织结构、通信方式 图2多机器人系统研究内容的树状结构 和控制结构. Fig.2 Tree-like schematic-diagram for heterogeneous 2.1.1组织结构 multi-robot system research 多机器人组织结构可分为集中控制结构和分散 2.1系统体系结构 控制结构，而分散控制结构又可进一步分为分布控 多机器人体系结构是指系统中各机器人之间的 制结构和混合控制结构[9]，具体见表3. 信息关系和控制关系，以及问题求解能力的分布模