基于自由市场机制的多机器人探索仿真

论文摘要

机器人探索的目标是完成对一块未知区域的探索过程,是机器人执行其他复杂任务的基础,而采用多机器人替代单机器人探索在时间效率、空间效率上具有更大的优势。多机器人探索中对多个机器人的组织方式是机器人技术研究的一个重要领域,基于自由市场机制的多机器人探索采用自由市场体系结构组织多机器人,是已经被证明的行之有效的多机器人探索方式。在基于自由市场机制的多机器人探索中,自由市场机制为多机器人的探索任务定义了收入函数和支出函数,通过这两个函数获得机器人完成任务的收益估计,多机器人系统通过收益估计值来分配探索任务。这样,机器人为了获得自身的最大利益会产生合作与竞争,从而提高整组机器人探索的效率。根据基于自由市场机制的多机器人探索的原理可以归纳出机器人执行的步骤——机器人探索自身探索范围内地图以更新自己拥有的本地地图,然后根据自己的本地地图选择下一步探索的目标点,接着同可联系得上的其他机器人通讯,各个机器人按照定义的收入和支出函数估算收益,并通过拍卖的方式使目标点的执行权由收益大的机器人获得,最后机器人执行目标点的探索。本文详细描述基于自由市场机制的多机器人探索的仿真系统实现过程,在深入理解基于自由市场机制的多机器人探索步骤后实现仿真系统中机器人的运行函数,对上述机器人执行的步骤的具体实现进行详细描述。本仿真系统在单计算机上利用多线程技术实现,由各个线程模拟各个个体机器人,并通过线程间的并发运行来仿真实际中多机器人的并行运行过程,对比采用多计算机仿真多机器人具有配置简单,硬件要求低等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 2 机器人探索
• 2.1 单机器人探索
• 2.2 多机器人探索
• 3 多机器人的协作机制
• 3.1 概述
• 3.2 自由市场机制
• 3.2.1 收入函数和支出函数的定义
• 3.2.2 价格的地位与拍卖过程
• 3.2.3 合作与竞争
• 3.2.4 自组织能力
• 3.2.5 学习与自适应能力
• 4 基于自由市场机制的多机器人探索
• 4.1 多机器人探索中的自由市场机制
• 4.2 目标点选择策略
• 4.3 探索算法
• 4.4 信息共享
• 5 仿真系统实现
• 5.1 概要设计
• 5.2 几个重要的变量
• 5.3 详细设计
• 5.3.1 仿真系统的界面设置
• 5.3.2 待探索地图的创建及机器人的初始化
• 5.3.3 个体机器人更新本地地图
• 5.3.4 个体机器人选择目标点
• 5.3.5 机器人间的拍卖过程
• 5.3.6 机器人执行目标点的探索
• 5.4 仿真实例
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历