10 智能系统学报 第2卷 损、丢失或非法入侵等软件故障的问题，使用基于正 以免疫控制是智能控制(IC)的子集」 常模型和免疫计算的软件故障检测与修复的方法， 在中南大学智能所自制的移动机器人1号（如图2 AIS 所示)上进行了20次软件故障诊断实验 IMC IDS BIN 图3免疫控制的四元结构 Fig 3 Four-element structure of immune control 图2中南大学自制的移动机器人1号 4 结束语 Fig 2 Mobile robot No.I designed by Central South Univ 免疫机器人的仿生计算与控制是一个崭新而富 未知环境中移动机器人软件故障诊断的算法设 有挑战性的研究课题，其重点在于构建免疫机器人 计建立在基于正常模型和神经网络的免疫算法设计 的免疫计算模型和免疫控制结构，设计优良的免疫 基础上，包括移动机器人软件系统的正常模型构建 算法和免疫控制器，并应用于机器人太空探索、危险 算法设计，基于正常模型的自体/软件故障检测算法 环境无人作业等实际环境中」 设计，软件故障识别算法设计，软件故障消除算法设 由于我国正积极开展月球探索深海勘探、无人 计以及移动机器人软件系统的自修复算法设计.1) 驾驶机器人军事应用等项目，免疫机器人的仿生计 软件故障诊断程序根据正常模型所表示的自体信息 算与控制研究在许多重要应用领域具有相当大的应 检测异体和丢失的文件；2)识别异体，判定异体是受 用价值和意义，其潜在用户都是国家重要部门，市场 损的文件还是入侵的文件，3)消除这些异体；4)对受 前景广阔.该技术研究成果的潜在用户是国家重要 损的系统进行启发式的自修复，对受损文件的修复 部门、重要领域的高科技单位，包括海底勘探、月球 建立在异体消除信息的基础上，对丢失文件的修复 探索、危险恶劣环境作业、抗灾难、军事等领域应用」 建立在正常模型的基础上.实验结果表明，移动机器 其相关技术能提高移动机器人在上述应用领域的无 人的免疫计算模型能实现对正常组件和软件故障的 人作业能力、故障检测与诊断能力、免疫能力以及自 100%检测，并且对未知软件故障的识别率可以达到 修复能力，从而提高移动机器人的适用范围和耐用 93%,在硬件系统和操作系统正常的情况下能自动 性，节省成本，减少风险，创造巨大经济效益，发挥重 修复移动机器人的软件故障，恢复受损机器人的正 要的社会作用 常运转因此，其软件故障检测率和自修复能力明显 比传统异常检测方法和修复方法好 参考文献： 3.2免疫机器人的免疫控制四元结构 [1]龚涛.多维教育免疫艾真体的研究[D].长沙：中南大 免疫机器人的控制理论是免疫控制，免疫控制 学，2003. 的结构理论建立在智能控制的四元结构基础上.据 GON G Tao.Research on multi-dimension education im- 此，免疫控制是交叉学科技术，是人工免疫系统、智 mune Agent [D].Changsha:Central South University, 2003 能控制论、智能决策系统和生物信息学的交集 假设免疫控制表示为集合MC,人工免疫系统 [2]BERSINI H,VARELA F.Hints for adaptive problem solving gleaned from immune network [J].Lecture 表示为集合AIS.因此，免疫控制表示为人工免疫系 Notes in Computer Science.1991,496:343-354. 统(AIS)、智能控制论(ICT)、智能决策系统(DS) [3]FORREST S,PERELSON A S,ALL EN L,et al.Self- 和生物信息学(BN)的交集，如图3所示.在图3 nonself discrimination in a computer[A].In Proc of IEEE 中，人工免疫系统是人工智能(A)的子集，智能控 Symposium on Research in Security and Privacy [C]. 制论是控制论(CT)的子集，智能决策系统是系统论 [S.1.],1994 (OS)的子集，生物信息学是信息论(IT)的子集，所 [4]COOKE D E,HUNT J E.Recognizing promoter se- 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net损、丢失或非法入侵等软件故障的问题 ,使用基于正 常模型和免疫计算的软件故障检测与修复的方法 , 在中南大学智能所自制的移动机器人 1 号 (如图 2 所示) 上进行了 20 次软件故障诊断实验. 图 2 中南大学自制的移动机器人 1 号 Fig12 Mobile robot No11 designed by Central South Univ. 未知环境中移动机器人软件故障诊断的算法设 计建立在基于正常模型和神经网络的免疫算法设计 基础上 ,包括移动机器人软件系统的正常模型构建 算法设计 ,基于正常模型的自体/ 软件故障检测算法 设计 ,软件故障识别算法设计 ,软件故障消除算法设 计以及移动机器人软件系统的自修复算法设计. 1) 软件故障诊断程序根据正常模型所表示的自体信息 检测异体和丢失的文件 ;2) 识别异体 ,判定异体是受 损的文件还是入侵的文件 ;3) 消除这些异体 ;4) 对受 损的系统进行启发式的自修复 ,对受损文件的修复 建立在异体消除信息的基础上 ,对丢失文件的修复 建立在正常模型的基础上. 实验结果表明 ,移动机器 人的免疫计算模型能实现对正常组件和软件故障的 100 %检测 ,并且对未知软件故障的识别率可以达到 93 % ,在硬件系统和操作系统正常的情况下能自动 修复移动机器人的软件故障 ,恢复受损机器人的正 常运转. 因此 ,其软件故障检测率和自修复能力明显 比传统异常检测方法和修复方法好. 312 免疫机器人的免疫控制四元结构 免疫机器人的控制理论是免疫控制 ,免疫控制 的结构理论建立在智能控制的四元结构基础上. 据 此 ,免疫控制是交叉学科技术 ,是人工免疫系统、智 能控制论、智能决策系统和生物信息学的交集. 假设免疫控制表示为集合 IMC ,人工免疫系统 表示为集合 AIS. 因此 ,免疫控制表示为人工免疫系 统(AIS) 、智能控制论 ( ICT) 、智能决策系统 ( IDS) 和生物信息学 (BIN) 的交集 ,如图 3 所示. 在图 3 中 ,人工免疫系统是人工智能 (AI) 的子集 ,智能控 制论是控制论(CT) 的子集 ,智能决策系统是系统论 (OS) 的子集 ,生物信息学是信息论 (IT) 的子集 ,所 以免疫控制是智能控制(IC) 的子集. 图 3 免疫控制的四元结构 Fig13 Four2element structure of immune control 4 结束语 免疫机器人的仿生计算与控制是一个崭新而富 有挑战性的研究课题 ,其重点在于构建免疫机器人 的免疫计算模型和免疫控制结构 ,设计优良的免疫 算法和免疫控制器 ,并应用于机器人太空探索、危险 环境无人作业等实际环境中. 由于我国正积极开展月球探索、深海勘探、无人 驾驶机器人军事应用等项目 ,免疫机器人的仿生计 算与控制研究在许多重要应用领域具有相当大的应 用价值和意义 ,其潜在用户都是国家重要部门 ,市场 前景广阔. 该技术研究成果的潜在用户是国家重要 部门、重要领域的高科技单位 ,包括海底勘探、月球 探索、危险恶劣环境作业、抗灾难、军事等领域应用. 其相关技术能提高移动机器人在上述应用领域的无 人作业能力、故障检测与诊断能力、免疫能力以及自 修复能力 ,从而提高移动机器人的适用范围和耐用 性 ,节省成本 ,减少风险 ,创造巨大经济效益 ,发挥重 要的社会作用. 参考文献 : [1 ]龚 涛. 多维教育免疫艾真体的研究[D ]. 长沙 :中南大 学 , 2003. GON G Tao. Research on multi2dimension education im2 mune Agent [ D ]. Changsha : Central South University , 2003. [2 ]BERSINI H , VARELA F. Hints for adaptive problem solving gleaned from immune network [ J ]. Lecture Notes in Computer Science. 1991 , 496 : 343 - 354. [3 ] FORREST S , PERELSON A S , ALL EN L , et al. Self2 nonself discrimination in a computer[ A ]. In Proc of IEEE Symposium on Research in Security and Privacy [ C ]. [ S. l. ] ,1994. [4 ] COO KE D E , HUN T J E. Recognizing promoter se2 ·10 · 智 能 系 统 学 报 第 2 卷