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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
中文翻譯
分布式搜救機(jī)器人的控制和仿真
1機(jī)器人簡(jiǎn)介
幾千年前人類(lèi)就渴望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便將人類(lèi)從繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)。 如古希臘詩(shī)Homeros的長(zhǎng)篇敘事詩(shī) 《伊利亞特》中的冶煉之神瘸腿海倍斯特司 ，就用黃金鑄造出一個(gè)美麗聰穎的侍女；希臘神話(huà)《阿魯哥探險(xiǎn)船》中的青銅巨人泰洛斯；猶太傳說(shuō)中的泥土巨人等等，這些美麗的神話(huà)時(shí)刻激勵(lì)著人們一定要把美麗的神話(huà)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，早在兩千年前就開(kāi)始出現(xiàn)了自動(dòng)木人和一些簡(jiǎn)單的機(jī)械偶人。
到了近代，機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世之后，不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領(lǐng)域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進(jìn)入尋常百姓家。機(jī)器人的種類(lèi)之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。從機(jī)器人的用途來(lái)分，可以分為：
◆ 地面軍用機(jī)器人
地面機(jī)器人主要是指智能或遙控的輪式和履帶式車(chē)輛.地面軍用機(jī)器人又可分為自主車(chē)輛和半自主車(chē)輛。自主車(chē)輛依靠自身的智能自主導(dǎo)航,躲避障礙物,獨(dú)立完成各種戰(zhàn)斗任務(wù);半自主車(chē)輛可在人的監(jiān)視下自主行使,在遇到困難時(shí)操作人員可以進(jìn)行遙控干預(yù)。
◆無(wú)人機(jī)
被稱(chēng)為空中機(jī)器人的無(wú)人機(jī)是軍用機(jī)器人中發(fā)展最快的家族，從1913年第一臺(tái)自動(dòng)駕駛儀問(wèn)世以來(lái)，無(wú)人機(jī)的基本類(lèi)型已達(dá)到300多種，目前在世界市場(chǎng)上銷(xiāo)售的無(wú)人機(jī)有40多種。美國(guó)幾乎參加了世界上
所有重要的戰(zhàn)爭(zhēng)。由于它的科學(xué)技術(shù)先進(jìn)，國(guó)力較強(qiáng)，因而80多年來(lái)，
世界無(wú)人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國(guó)為主線(xiàn)向前推進(jìn)的。美國(guó)是研究無(wú)人機(jī)最早的國(guó)家之一，今天無(wú)論從技術(shù)水平還是無(wú)人機(jī)的種類(lèi)和數(shù)量來(lái)
看，美國(guó)均居世界首位。
綜觀無(wú)人機(jī)發(fā)展的歷史，可以說(shuō)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是無(wú)人機(jī)發(fā)展的動(dòng)力，高新技術(shù)的發(fā)展是它不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)。
◆水下機(jī)器人
水下機(jī)器人分為有人機(jī)器人和無(wú)人機(jī)器人兩大類(lèi)：
有人潛水器機(jī)動(dòng)靈活，便于處理復(fù)雜的問(wèn)題，擔(dān)任的生命可能會(huì)有危險(xiǎn)，而且價(jià)格昂貴。
無(wú)人潛水器就是人們所說(shuō)的水下機(jī)器人，“科夫”就是其中的一種。它適于長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的考察任務(wù)，近20年來(lái)，水下機(jī)器人有了很大的發(fā)展，它們既可軍用又可民用。隨著人對(duì)海洋進(jìn)一步地開(kāi)發(fā)，21世紀(jì)它們必將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。按照無(wú)人潛水器與水面支持設(shè)備（母船或平臺(tái)）間聯(lián)系方式的不同，水下機(jī)器人可以分為兩大類(lèi)：一種是有纜水下機(jī)器人，習(xí)慣上把它稱(chēng)做遙控潛水器，簡(jiǎn)稱(chēng)ROV；另一種是無(wú)纜水下機(jī)器人，潛水器習(xí)慣上把它稱(chēng)做自治潛水器，簡(jiǎn)稱(chēng)AUV。有纜機(jī)器人都是遙控式的，按其運(yùn)動(dòng)方式分為拖曳式、（海底）移動(dòng)式和浮游（自航）式三種。無(wú)纜水下機(jī)器人只能是自治式的，目前還只有觀測(cè)型浮游式一種運(yùn)動(dòng)方式，但它的前景是光明的。
◆空間機(jī)器人
空間機(jī)器人是一種低價(jià)位的輕型遙控機(jī)器人，可在行星的大氣環(huán)境中導(dǎo)航及飛行。為此，它必須克服許多困難，例如它要能在一個(gè)不斷變化的三維環(huán)境中運(yùn)動(dòng)并自主導(dǎo)航；幾乎不能夠停留；必須能實(shí)時(shí)確定它在空間的位置及狀態(tài)；要能對(duì)它的垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制；要為它的星際飛行預(yù)測(cè)及規(guī)劃路徑。
◆工業(yè)機(jī)器人
工業(yè)機(jī)器人是指在工業(yè)中應(yīng)用的一種能進(jìn)行自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。且這種操作機(jī)可以固定在一個(gè)地方，也可以在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的小車(chē)上。
◆服務(wù)機(jī)器人
服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員，到目前為止尚沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義，不同國(guó)家對(duì)服務(wù)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)也有一定差異。服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣，主要從事維護(hù)、保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作。德國(guó)生產(chǎn)技術(shù)與自動(dòng)化研究所所長(zhǎng)施拉夫特博士給服務(wù)機(jī)器人下了這樣一個(gè)定義：服務(wù)機(jī)器人是一種可自由編程的移動(dòng)裝置，它至少應(yīng)有三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，可以部分地或全自動(dòng)地完成服務(wù)工作。這里的服務(wù)工作指的不是為工業(yè)生產(chǎn)物品而從事的服務(wù)活動(dòng)，而是指為人和單位完成的服務(wù)工作。
◆娛樂(lè)機(jī)器人
娛樂(lè)機(jī)器人以供人觀賞、娛樂(lè)為目的，具有機(jī)器人的外部特征，可以像人，像某種動(dòng)物，像童話(huà)或科幻小說(shuō)中的人物等。同時(shí)具有機(jī)器人的功能，可以行走或完成動(dòng)作，可以有語(yǔ)言能力，會(huì)唱歌，有一定的感知能力。
◆類(lèi)人機(jī)器人
從其他類(lèi)別的機(jī)器人可以看出，大多數(shù)的機(jī)器人并不像人，有的甚至沒(méi)有一點(diǎn)人的模樣，這一點(diǎn)使很多機(jī)器人愛(ài)好者大失所望。也許你會(huì)問(wèn)，為什么科學(xué)家不研制類(lèi)人機(jī)器人？這樣的機(jī)器人會(huì)更容易讓人接受。其實(shí)，研制出外觀和功能與人一樣的機(jī)器人是科學(xué)家們夢(mèng)寐以求的愿望，也是他們不懈追求的目標(biāo)。然而，研制出性能優(yōu)異的類(lèi)人機(jī)器人，其最大的難關(guān)就是雙足直立行走。因?yàn)?機(jī)器人與人的學(xué)習(xí)方式不一樣。一個(gè)嬰兒要先學(xué)走，再學(xué)跑；而機(jī)器人則要先學(xué)跑，再學(xué)走。也就是說(shuō)機(jī)器人學(xué)跑更容易些。
◆農(nóng)業(yè)機(jī)器人
由于機(jī)械化、自動(dòng)化程度比較落后，“面朝黃土背朝天，一年四季不得閑”成了我國(guó)農(nóng)民的象征。但近年農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問(wèn)世，有望改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的方面，目前日本居于世界各國(guó)之首。
2 現(xiàn)狀及國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)際機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：
（1）工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10．3萬(wàn)美元降至97年的6．5萬(wàn)美元。
（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。
（3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
（4）機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成
熟應(yīng)用。
（5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。
（6） 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。
（7）機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。
3仿真和控制式機(jī)器人介紹
機(jī)器人的圖像和公眾感知能力受到科幻小說(shuō)家和娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)極端視角的的限制并不是很久以前的事兒。然而，如今閱讀一本有意思的有關(guān)近代機(jī)器人學(xué)的文章，晚間新聞時(shí)觀看火星表面探索，或者甚至在工作場(chǎng)所遇到一個(gè)機(jī)器人仍然是不普遍的。隨著機(jī)器人逐漸進(jìn)入我們的日常生活中，它們?cè)谟幸嬗谏鐣?huì)的作用中越來(lái)越明顯。尤為明顯的是在一些危險(xiǎn)環(huán)境中一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人能夠代替人類(lèi)進(jìn)行工作。已經(jīng)引起了機(jī)器人社團(tuán)的興趣的研究領(lǐng)域是在機(jī)器人的搜救過(guò)程中的操作。在一個(gè)危險(xiǎn)的環(huán)境中搜救機(jī)器人的操作需要搜救人員的巨大努力才能完成。建筑物的倒塌和不穩(wěn)定，煤氣的泄漏和火災(zāi)對(duì)人類(lèi)搜救隊(duì)僅僅是一小部分的威脅。相對(duì)于人類(lèi)發(fā)展自主式機(jī)器人的能力對(duì)于搜救存活者提供會(huì)很大的便利。
用機(jī)器人取代人類(lèi)所需要解決的潛在問(wèn)題有：
哪種機(jī)器人能夠在一種未知的和變化著的環(huán)境中高速移動(dòng)？
在一次搜救操作過(guò)程中要想大面積的覆蓋搜救區(qū)域大概需要多少機(jī)器人？
這些機(jī)器人怎樣控制？
機(jī)器人是一個(gè)極其寬廣的領(lǐng)域它包括各種各樣的應(yīng)用及研究興趣。從過(guò)去的工廠裝配線(xiàn)上的機(jī)器人到火星探索和國(guó)家宇航局，機(jī)器人的視覺(jué)和用途看起來(lái)無(wú)窮無(wú)盡。機(jī)器人這個(gè)詞的定義本身就是依賴(lài)于誰(shuí)給它下的定義和他所預(yù)期達(dá)到的結(jié)果。為達(dá)到我們的目的，一個(gè)智能機(jī)器人就被定義為：一個(gè)機(jī)器能夠以一種有意義有目的的方式進(jìn)行安全的移動(dòng)并從它所在的環(huán)境中提取正確的信息。大部分的研究者把控制自動(dòng)化機(jī)器人的方法分為三大類(lèi)：協(xié)商，反應(yīng)以及混合系統(tǒng)。協(xié)商方法是智能任務(wù)能夠在一個(gè)內(nèi)部模擬世界中通過(guò)推理的方法得以完成。這種控制人工智能社群多年的方法導(dǎo)致了由美國(guó)政府在1980年代開(kāi)發(fā)的一種標(biāo)準(zhǔn)建筑學(xué)的發(fā)展，它體現(xiàn)了一種協(xié)商的模型。美國(guó)麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的主任羅德尼布魯克斯指出協(xié)商模型可以作為一個(gè)感官-模型-計(jì)劃-指令的框架。
機(jī)器人社區(qū)開(kāi)始對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)感興趣的時(shí)候是在1980年代的中期，出現(xiàn)最多的問(wèn)題是移動(dòng)機(jī)器人的協(xié)商控制變得更加明顯了。具體地說(shuō)，協(xié)商控制系統(tǒng)出現(xiàn)許多明顯的不足之處，比如脆性，屈服性以及在操作復(fù)雜不斷變化的環(huán)境中響應(yīng)慢。響應(yīng)速度在協(xié)商系統(tǒng)中是一個(gè)極為關(guān)鍵的一點(diǎn)。南加州大學(xué)的馬瑞克指出主要?jiǎng)澐譃榉磻?yīng)和協(xié)商系統(tǒng)之間能夠在計(jì)算量和類(lèi)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行描繪。
反應(yīng)體系結(jié)構(gòu)和行為建筑經(jīng)常被認(rèn)為是一樣的。然而，極端存在被認(rèn)為是基本后者是多么復(fù)雜的一種系統(tǒng)雖然仍舊被認(rèn)為是無(wú)用的，瑪瑞克認(rèn)為反應(yīng)體系結(jié)構(gòu)和行為建筑有著根本的區(qū)別。她提出說(shuō)雖然行為基礎(chǔ)系統(tǒng)包含一種特征甚至是一種純粹的反應(yīng)系統(tǒng)的元素，但它們的計(jì)算并不需要限制。通過(guò)這種方式，行為系統(tǒng)可以?xún)?chǔ)存不同的形態(tài)以及實(shí)現(xiàn)不同的表述。此外，她指出行為系統(tǒng)要比一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)更加需要時(shí)間的延長(zhǎng)。
隨著對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)興趣的增長(zhǎng)，研究人員試圖通過(guò)使用機(jī)械和計(jì)算系統(tǒng)來(lái)模仿生物系統(tǒng)以達(dá)到完成預(yù)期任務(wù)的目的。艾瑞克描述了神經(jīng)學(xué)是“為理解和建模生物行為潛在的電路提供一個(gè)基礎(chǔ)?！彼赋鲆恍┬睦韺W(xué)派已經(jīng)影響機(jī)器人的研究好多年了。實(shí)際上這些行為的研究對(duì)機(jī)器人
學(xué)的研究打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這個(gè)研究的方法是在觀察的基礎(chǔ)上考慮任何的刺激以及作出的反應(yīng)。
最近，生物行為的研究已經(jīng)擴(kuò)大到世界的多智能體系結(jié)構(gòu)，社會(huì)生物學(xué)的研究專(zhuān)家已經(jīng)使用了幾組移動(dòng)式機(jī)器人進(jìn)行研究和模擬?？八_斯大學(xué)的艾瑞克研在機(jī)器人代理好惡的程度下使用ＴＳＣＡ研究個(gè)人和集體機(jī)器人的學(xué)習(xí)能力。在這方面領(lǐng)域的一些工作還依賴(lài)墜螞蟻和蜜蜂繁殖地的觀察，以及僅有限的個(gè)人代理體系信息中完成完成全球任務(wù)。
最近十年，研究人員開(kāi)始關(guān)注由多個(gè)不同性質(zhì)機(jī)器人組成的多機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)完成一個(gè)或多個(gè)任務(wù)。使用這些分布式機(jī)器人的好處是，高強(qiáng)度，高韌性，分布自然而且更加精簡(jiǎn)。
4 模擬器的執(zhí)行
4.1 世界情況
在每一次仿真的開(kāi)始，規(guī)定的戶(hù)外運(yùn)動(dòng)是“畫(huà)”３００×３００的矩陣。所有的墻和跳線(xiàn)都是放在陣列的開(kāi)始位置，接下來(lái)將機(jī)器人放在現(xiàn)有的數(shù)組陣列中。在大多數(shù)情況下，機(jī)器人是放置在含有零值數(shù)值中運(yùn)行的。然而，如果一個(gè)跳線(xiàn)首先占據(jù)了這個(gè)位置，在第六個(gè)和第八個(gè)值之間插入機(jī)器人值就表明這個(gè)位置包含了一根跳線(xiàn)。
4.2 機(jī)器人傳感
用于機(jī)器人傳感的方法類(lèi)似于碰撞檢測(cè)的應(yīng)用。感應(yīng)的是通過(guò)檢測(cè)機(jī)器人周?chē)藗€(gè)方向的數(shù)值來(lái)完成的。隨著每個(gè)單位時(shí)間的流逝，模擬器從機(jī)器人中心開(kāi)始向前的方向每４５o角來(lái)檢查數(shù)組元素。例如，感應(yīng)范圍是５０個(gè)單元，模擬器檢查每一數(shù)組單位都是沿著機(jī)器人中心０
o.４５o,９０o,１３５o,１８０o,２２５o,２７０o以及３１５o線(xiàn)（如果延伸方向恰好是０o線(xiàn)）。
感應(yīng)從機(jī)器人中心開(kāi)始每單位＋1，并沿著感應(yīng)線(xiàn)繼續(xù)下去直到觸碰到墻壁或達(dá)到機(jī)器人的感應(yīng)范圍極限。如果一個(gè)單位被檢測(cè)到，距離單位和相關(guān)的實(shí)體價(jià)值被放置在一個(gè)數(shù)組中的數(shù)據(jù)中，直到檢測(cè)到一個(gè)試題或達(dá)到了機(jī)器人感應(yīng)的范圍。機(jī)器人感官沿著傳輸線(xiàn)傳到下一個(gè)感應(yīng)器。這樣一直繼續(xù)下去直到所有的感應(yīng)線(xiàn)都被檢測(cè)完成，一旦完成，接收到的數(shù)組數(shù)據(jù)就表明了機(jī)器人的感官世界，然后就形成一個(gè)確定的規(guī)則來(lái)指導(dǎo)機(jī)器人的行為。
4.3 匹配規(guī)則
一個(gè)機(jī)器人的行為是在他的規(guī)律集中完成感官數(shù)組數(shù)據(jù)和其中的一個(gè)特定規(guī)律的匹配之后進(jìn)行選擇的。這種變化類(lèi)似于經(jīng)典的兒童游戲。機(jī)器人接收到的數(shù)據(jù)可以被認(rèn)為是一個(gè)操作者對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡最初的猜測(cè)。這些猜測(cè)被放置在對(duì)手的場(chǎng)地中進(jìn)行試驗(yàn)一來(lái)獲得得分。這么做是為了規(guī)則集中的每一點(diǎn)都能涉及到。這個(gè)規(guī)則用的最多的地方就是決定一個(gè)比賽的規(guī)則。規(guī)則分?jǐn)?shù)是保存在一個(gè)單獨(dú)得分陣列中。
對(duì)于每一個(gè)單位和得到的感官數(shù)組數(shù)據(jù)的完整實(shí)體，確定匹配功能是當(dāng)：
距離屬于在規(guī)則中指定的相關(guān)的傳感器的距離范圍。
在感官數(shù)組數(shù)據(jù)中的實(shí)體價(jià)值與規(guī)則中的實(shí)體價(jià)值相匹配。
如果滿(mǎn)足上述條件，規(guī)則值就會(huì)增加一，否則規(guī)則值就會(huì)減少一。下面的例子就顯示了最初的得分:
.從前面的傳感器所得到的數(shù)據(jù)可以得到距離20和四個(gè)實(shí)體值。
.規(guī)則X前面的距離值是10到30以及規(guī)則值是4.
.規(guī)則X的評(píng)分規(guī)則是逐一增加，這是因?yàn)?0位于10和30之間同時(shí)要求實(shí)體數(shù)據(jù)匹配。
4.4. 偏差和本能
如果一個(gè)規(guī)則收到相同的分?jǐn)?shù)作為最后的贏家，一個(gè)行動(dòng)的偏差就決定了機(jī)器人最后的行為功能。如果規(guī)則和當(dāng)前的獲勝者具有相同的行為價(jià)值，那么就沒(méi)有必要利用偏差；然而，如果這兩個(gè)有把不同的動(dòng)作值偏差，那么，這個(gè)偏差就用來(lái)確定最后的行為動(dòng)作。偏差是機(jī)器人采取最終行動(dòng)所需要的一個(gè)整數(shù)變量保存價(jià)值。如果一個(gè)規(guī)則與之有關(guān)的分?jǐn)?shù)不同于當(dāng)前的贏家，那么規(guī)則的行為就與偏差有所區(qū)別。如果兩值相等，那么這個(gè)規(guī)則就會(huì)被采用，否則就保持當(dāng)前的贏家不變。
對(duì)待打成平局的方法是機(jī)器人重復(fù)當(dāng)前的動(dòng)作。這個(gè)現(xiàn)象的原因是在機(jī)器人行為的基礎(chǔ)上強(qiáng)加了一些限定的連續(xù)性。
貫穿仿真的整個(gè)過(guò)程中機(jī)器人可能報(bào)廢的一些原因有:
*無(wú)休止的來(lái)回切換兩個(gè)活動(dòng)；
*多次阻礙前進(jìn)；
*無(wú)期限的重復(fù)同樣的動(dòng)作。
4.5 評(píng)價(jià)
一個(gè)機(jī)器人隊(duì)的性能評(píng)估是在一次仿真中用戶(hù)自定義時(shí)間限制中實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)表現(xiàn)是在一定的平臺(tái)中按機(jī)器人進(jìn)入房間百分比測(cè)量的。此外機(jī)器人完全進(jìn)入這個(gè)平臺(tái)時(shí)就完成了總覆蓋率的考慮。這些值是用來(lái)確定機(jī)器人搜救隊(duì)的性能的，同時(shí)也被當(dāng)做遺傳算法的最合適的規(guī)則集。
這個(gè)模擬器記住了機(jī)器人進(jìn)入的每一個(gè)房間的列表，這些數(shù)據(jù)也只是用于團(tuán)評(píng)價(jià)并不能協(xié)助機(jī)器人進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。一旦時(shí)間到了，得到的有關(guān)房間的數(shù)據(jù)就用來(lái)測(cè)量機(jī)器人所達(dá)到的覆蓋率。如果兩個(gè)或更多的機(jī)器人進(jìn)入了同一個(gè)房間，模擬器中就會(huì)出現(xiàn)一系列的房間列表，然而重復(fù)的努力并不影響對(duì)機(jī)器人性能的評(píng)價(jià)。
5仿真實(shí)驗(yàn)
在一系列的仿真實(shí)驗(yàn)中，遺傳算法通常用于搜救機(jī)器人隊(duì)的規(guī)則設(shè)置。遺傳算法包括復(fù)制，交叉和變異這三個(gè)步驟。繁殖的過(guò)程中染色體的字符串代表個(gè)人復(fù)制并根據(jù)他們的健康水平創(chuàng)建一種新的生物字串。
擁有更好健康價(jià)值的人則更可能被用來(lái)創(chuàng)造下一代。交叉的過(guò)程包括兩個(gè)字符串的選擇，以及兩者之間字符串短的交換。遺傳算法的最后步驟是突變，提出了一種價(jià)值隨著字符串位置改變而隨機(jī)變化的理論。
在留有記錄的實(shí)驗(yàn)中，規(guī)則集被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的字符串，以及在最短的時(shí)間里條件合適的機(jī)器人就被計(jì)算為規(guī)則集機(jī)器人以達(dá)到對(duì)周?chē)h(huán)境最大的報(bào)道覆蓋率。
6總結(jié)
本文所提出的仿真程序已經(jīng)被用于超過(guò)300次的仿真實(shí)驗(yàn)中。該模擬器為測(cè)試不同機(jī)器人的行為和眾多機(jī)器人調(diào)查小組提供了充分的工具。最初的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)器人團(tuán)隊(duì)的成績(jī)可以改變對(duì)機(jī)器人的規(guī)模。然而剛開(kāi)始的時(shí)候團(tuán)隊(duì)尺寸一度達(dá)到12-14.一些小的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)，在有限的時(shí)間里分配到的區(qū)域范圍對(duì)進(jìn)入的團(tuán)隊(duì)人數(shù)有一個(gè)明顯的限制。此外，團(tuán)隊(duì)規(guī)模的擴(kuò)大，團(tuán)隊(duì)成員的增加互動(dòng)增多所產(chǎn)生的結(jié)果將會(huì)影響大中型團(tuán)隊(duì)。從交叉測(cè)試的結(jié)果顯示使用不同規(guī)模大小的團(tuán)隊(duì)進(jìn)化為一個(gè)特定的團(tuán)隊(duì)就顯示了所有的情況，在機(jī)器人規(guī)則下轉(zhuǎn)變來(lái)的不同大小的隊(duì)伍從來(lái)都不如團(tuán)隊(duì)規(guī)模更適合進(jìn)行演化。但這并不意味著使用規(guī)則集演化而來(lái)的團(tuán)隊(duì)是完全無(wú)效的。規(guī)則集大小對(duì)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)成績(jī)的影響就目前而言還需要進(jìn)行更深的調(diào)查。
有關(guān)模擬方案規(guī)劃的未來(lái)工作是提高機(jī)器人的數(shù)量從而來(lái)提高機(jī)器人演化和測(cè)試的工作環(huán)境，未來(lái)的研究應(yīng)該包括不同環(huán)境平臺(tái)的尺寸和大小。此外，尚在研究過(guò)程的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)和他們的規(guī)則集可以從一個(gè)環(huán)境遷移到另一個(gè)環(huán)境中，甚至可以為新一代的機(jī)器人隨機(jī)選取一個(gè)環(huán)境平臺(tái)。仿真系統(tǒng)的最終目標(biāo)是作為一個(gè)工具便于更好的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和部署搜救機(jī)器人以協(xié)助搜救任務(wù)的完成。
7.出處
這項(xiàng)工作是國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的一部分。
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