集群机器人 - 版本历史

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目标与应用

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2020年9月20日 (日) 12:05 Zengsihang

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2020年9月20日 (日) 12:00 Zengsihang

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 [[Image:IRobot Create team.jpg|thumb|right|佐治亚理工学院的iRobot Create机器人团队]]
-'''集群机器人技术 Swarm Robotics'''是一种将多个简单机器人协调为一个系统的方法。该方法假定，在机器人之间以及机器人与环境之间的相互作用中会产生一种预期的集体行为。该方法经常出现在人工群体智能领域和昆虫，蚂蚁等自然界中有群体行为的生物学研究领域。
+'''集群机器人技术 Swarm Robotics'''是一种将多个简单机器人协调为一个系统的方法。该方法假定，在机器人之间以及机器人与环境之间的相互作用中会产生一种预期的[[集体行为]]。该方法经常出现在[[人工群体智能]]领域和昆虫，蚂蚁等自然界中有[[群体行为]]的生物学研究领域，也是展现[[涌现]]现象的典型案例。
 ==定义 ==
-集群机器人技术的研究包括：设计机器人，物理构造及其行为控制。它受到社会性昆虫中观察到的被称为集群智能的涌现行为的启发，<ref>{{Cite web|url=https://theconversation.com/the-social-animals-that-are-inspiring-new-behaviours-for-robot-swarms-113584|title=The social animals that are inspiring new behaviours for robot swarms|last=Hunt|first=Edmund R.|date=2019-03-27|website=The Conversation|language=en-UK|access-date=2019-03-28}}</ref>并在此基础上进行了扩展。相对简单的个体规则会产生大量复杂的群体行为。这种现象的关键在于系统各部分进行沟通，从而建立起有持续反馈的系统。群体行为包含了个体在合作中不断产生的变化，同时也包括了整个群体展现出的行为表现。
+集群机器人技术的研究包括：设计机器人，物理构造及其行为控制。它受到社会性昆虫中观察到的被称为[[集群智能]]的[[涌现行为]]的启发，<ref>{{Cite web|url=https://theconversation.com/the-social-animals-that-are-inspiring-new-behaviours-for-robot-swarms-113584|title=The social animals that are inspiring new behaviours for robot swarms|last=Hunt|first=Edmund R.|date=2019-03-27|website=The Conversation|language=en-UK|access-date=2019-03-28}}</ref>并在此基础上进行了扩展。相对简单的个体规则会产生大量复杂的群体行为。这种现象的关键在于系统各部分进行沟通，从而建立起有持续反馈的系统。群体行为包含了个体在合作中不断产生的变化，同时也包括了整个群体展现出的行为表现。

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-集群系统的一个例子是一个用于户外的低成本的机器人组成的机器人群体，叫做'''LIBOT机器人系统 LIBOT Robotic System'''的集群机器人。<ref>{{citation|doi=10.1109/CYBER.2012.6392577|chapter=Libot: Design of a low cost mobile robot for outdoor swarm robotics|title=2012 IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems (CYBER)|pages=342–347|year=2012|last1=Zahugi|first1=Emaad Mohamed H.|last2=Shabani|first2=Ahmed M.|last3=Prasad|first3=T. V.|isbn=978-1-4673-1421-3}}</ref>由于GPS传感器在建筑物内部通讯不畅，这些机器人同时配备了Wi-Fi设备。另外一个进行此类尝试的是个叫做'''<font color="#ff8000"> Colias</font>'''的微型机器人，<ref>Arvin, F.; Murray, J.C.; Licheng Shi; Chun Zhang; Shigang Yue, "[https://www.researchgate.net/profile/Farshad_Arvin/publication/271545281_Development_of_an_autonomous_micro_robot_for_swarm_robotics/links/55e4bad008aede0b57357ed4.pdf Development of an autonomous micro robot for swarm robotics]," Mechatronics and Automation (ICMA), 2014 IEEE International Conference on , vol., no., pp.635,640, 3-6 Aug. 2014 doi: 10.1109/ICMA.2014.6885771</ref>该机器人由英国林肯大学的计算机智能实验室研发。这款微型机器人建立在4厘米的圆形底盘上，其低成本和开放的平台使它兼容于各种集群机器人的应用。
+集群系统的一个例子是一个用于户外的低成本的机器人组成的机器人群体，叫做'''LIBOT机器人系统 LIBOT Robotic System'''的集群机器人。<ref>{{citation|doi=10.1109/CYBER.2012.6392577|chapter=Libot: Design of a low cost mobile robot for outdoor swarm robotics|title=2012 IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems (CYBER)|pages=342–347|year=2012|last1=Zahugi|first1=Emaad Mohamed H.|last2=Shabani|first2=Ahmed M.|last3=Prasad|first3=T. V.|isbn=978-1-4673-1421-3}}</ref>由于GPS传感器在建筑物内部通讯不畅，这些机器人同时配备了Wi-Fi设备。另外一个进行此类尝试的是个叫做''' Colias'''的微型机器人，<ref>Arvin, F.; Murray, J.C.; Licheng Shi; Chun Zhang; Shigang Yue, "[https://www.researchgate.net/profile/Farshad_Arvin/publication/271545281_Development_of_an_autonomous_micro_robot_for_swarm_robotics/links/55e4bad008aede0b57357ed4.pdf Development of an autonomous micro robot for swarm robotics]," Mechatronics and Automation (ICMA), 2014 IEEE International Conference on , vol., no., pp.635,640, 3-6 Aug. 2014 doi: 10.1109/ICMA.2014.6885771</ref>该机器人由英国林肯大学的计算机智能实验室研发。这款微型机器人建立在4厘米的圆形底盘上，其低成本和开放的平台使它兼容于各种集群机器人的应用。
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 通过集群飞行器还可以解决另一大类应用，该主题目前也得到了非常广泛的研究。在实验室条件下，<ref>Kushleyev, A.; Mellinger, D.; Powers, C.; Kumar, V., "[https://pdfs.semanticscholar.org/b063/239bd450038531eeb2db5466eaed34a0f9a0.pdf Towards a swarm of agile micro quadrotors]" Autonomous Robots, Volume 35, Issue 4, pp 287-300, November 2013</ref>相比较于过去使用的精密运动捕捉系统对飞行机器集群进行开创性研究，当前的系统（例如射星系统）则可以使用GNSS全球导航卫星系统（Galeru Nagari Sujala Sravanthi Project, 如GPS全球定位系统）在室外环境条件下，<ref>Vasarhelyi, G.; Virágh, C.; Tarcai, N.; Somorjai, G.; Vicsek, T. [https://arxiv.org/pdf/1402.3588 Outdoor flocking and formation flight with autonomous aerial robots]. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2014), 2014</ref>控制数百台微型飞机集群，甚至可以使用GPS无法做到的机载定位系统<ref>Faigl, J.; Krajnik, T.; Chudoba, J.; Preucil, L.; Saska, M. [http://eprints.lincoln.ac.uk/13799/1/__ddat02_staffhome_jpartridge_camera_2013_ICRA.pdf Low-Cost Embedded System for Relative Localization in Robotic Swarms]. In ICRA2013: Proceedings of 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2013.</ref>来稳定它们。<ref>Saska, M.; Vakula, J.; Preucil, L. [https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6907374/ Swarms of Micro Aerial Vehicles Stabilized Under a Visual Relative Localization]. In ICRA2014: Proceedings of 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2014.</ref><ref>Saska, M. [https://www.researchgate.net/profile/Martin_Saska/publication/282922149_MAV-swarms_Unmanned_aerial_vehicles_stabilized_along_a_given_path_using_onboard_relative_localization/links/5684f75b08ae19758394dcdf.pdf MAV-swarms: unmanned aerial vehicles stabilized along a given path using onboard relative localization]. In Proceedings of 2015 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2015</ref>成群的微型飞行器已经可以在密集方阵中进行自主监视、<ref>Saska, M.; Chudoba, J.; Preucil, L.; Thomas, J.; Loianno, G.; Tresnak, A.; Vonasek, V.; Kumar, V. [https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6842301/ Autonomous Deployment of Swarms of Micro-Aerial Vehicles in Cooperative Surveillance]. In Proceedings of 2014 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2014.</ref>羽毛跟踪<ref>Saska, M.; Langr J.; L. Preucil. [https://www.researchgate.net/profile/Martin_Saska/publication/290558108_Plume_Tracking_by_a_Self-stabilized_Group_of_Micro_Aerial_Vehicles/links/57040e7908ae74a08e245eeb.pdf Plume Tracking by a Self-stabilized Group of Micro Aerial Vehicles]. In Modelling and Simulation for Autonomous Systems, 2014.</ref>以及侦察任务中进行测试。<ref>Saska, M.; Kasl, Z.; Preucil, L. [http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/prost/proceedings/ifac2014/media/files/2295.pdf Motion Planning and Control of Formations of Micro Aerial Vehicles]. In Proceedings of the 19th World Congress of the International Federation of Automatic Control. 2014.</ref>在协同无人驾驶地面和空中飞行器集群的大量工作中，已经涉及的应用包括：协同环境监测、<ref>Saska, M.; Vonasek, V.; Krajnik, T.; Preucil, L. [http://labe.felk.cvut.cz/~tkrajnik/ardrone/articles/formace.pdf Coordination and Navigation of Heterogeneous UAVs-UGVs Teams Localized by a Hawk-Eye Approach]. In Proceedings of 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2012.</ref>即时定位与制图、<ref>Chung, Soon-Jo, et al. "[https://authors.library.caltech.edu/87925/1/tro-aerial-robotics_final.pdf A survey on aerial swarm robotics]." IEEE Transactions on Robotics 34.4 (2018): 837-855.</ref>车队保护、<ref>Saska, M.; Vonasek, V.; Krajnik, T.; Preucil, L. [http://eprints.lincoln.ac.uk/14891/1/formations_2014_IJRR.pdf Coordination and Navigation of Heterogeneous MAV–UGV Formations Localized by a ‘hawk-eye’-like Approach Under a Model Predictive Control Scheme]. International Journal of Robotics Research 33(10):1393–1412, September 2014.</ref>运动目标定位以及跟踪。<ref>Kwon, H; Pack, D. J. [https://link.springer.com/article/10.1007/s10846-011-9581-5 A Robust Mobile Target Localization Method for Cooperative Unmanned Aerial Vehicles Using Sensor Fusion Quality]. Journal of Intelligent and Robotic Systems, Volume 65, Issue 1, pp 479-493, January 2012.</ref>
 == 无人机显示器 ==

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 == 相关链接 ==
-* [https://www.youtube.com/watch?v=JzbWV1sfZ-A Fully decentralized robotic swarm performing collective search and exploration – Applied Complexity Group and Motion, Energy Control Lab at SUTD  ]
+* [https://www.youtube.com/watch?v=JzbWV1sfZ-A Fully 用于进行群体搜索和探测的全分布式机器人集群–应用复杂性群体和运动 - 新加坡科技设计大学能源控制实验室]
-* [http://www.swarm-bots.org/ Swarm-bots: Swarms of self-assembling artifacts – EU IST-FET project (2001–2005)]
+* [http://www.swarm-bots.org/ 集群机器人：自组装构件的集群 – 欧盟IST-FET项目（2001–2005）]
-* [http://www.aaaivideos.org/2007/morphogenesis/ Award-winning swarm-bot video at AAAI 2007]
+* [http://www.aaaivideos.org/2007/morphogenesis/ 在AAAI 2007上获奖的swarm-bot视频]
 ==编者推荐==

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 ==编者推荐==
-===集智课程===
+====[https://campus.swarma.org/course/1095 NetLogo多主体建模入门]====
-====[]====
+本课程通过数个案例教会大家如何去动手搭建一个多主体仿真模型，以及如何利用NetLogo去实现。从生命游戏到人工鸟群，从模拟经济系统到病毒沿网络的传播，通过循序渐进的案例，该课程带你逐步走入NetLogo多主体建模的神奇世界。

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 [[File:RechargingSwarm.jpg|thumb|right|Swarm of [[open-source]] Jasmine micro-robots recharging themselves]]
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 佐治亚理工学院的iRobot Create机器人团队
 Swarm robotics is an approach to the coordination of multiple robots as a system which consist of large numbers of mostly simple physical robots. It is supposed that a desired collective behavior emerges from the interactions between the robots and interactions of robots with the environment. This approach emerged on the field of artificial swarm intelligence, as well as the biological studies of insects, ants and other fields in nature, where swarm behaviour occurs.
-'''<font color="#ff8000"> 集群机器人技术 Swarm Robotics</font>'''是一种将多个简单机器人协调为一个系统的方法。该该方法假定，在机器人之间以及机器人与环境之间的相互作用中会产生一种预期的集体行为。该方法经常出现在人工群体智能领域和昆虫，蚂蚁等自然界中有群体行为的生物学研究领域。
+'''<font color="#ff8000"> 集群机器人技术 Swarm Robotics</font>'''是一种将多个简单机器人协调为一个系统的方法。该方法假定，在机器人之间以及机器人与环境之间的相互作用中会产生一种预期的集体行为。该方法经常出现在人工群体智能领域和昆虫，蚂蚁等自然界中有群体行为的生物学研究领域。
 == Definition 定义 ==

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    --[[用户:Zengsihang|Zengsihang]]（[[用户讨论:Zengsihang|讨论]]） 【审校】“同时对昆虫，蚂蚁和其他自然界中会发生群体行为的生物学研究领域也有所囊括”中的“有所囊括”改为“有所帮助”
 == Definition 定义 ==
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 The research of swarm robotics is to study the design of robots, their physical body and their controlling behaviours. It is inspired but not limited by the emergent behaviour observed in social insects, called swarm intelligence. Relatively simple individual rules can produce a large set of complex swarm behaviours. A key-component is the communication between the members of the group that build a system of constant feedback. The swarm behaviour involves constant change of individuals in cooperation with others, as well as the behaviour of the whole group.
-集群机器人技术的研究包括：机器人的设计，物理构造及其行为控制。它受到在社会性昆虫中观察到的涌现行为的启发，但是不受其限制，这种突发行为被称为集群智能。相对简单的个体规则会产生大量复杂的群体行为。其关键组成部分是建立起持续反馈系统，该反馈系统主要来自于小组成员之间的无间断沟通。群体行为涉及到个体在合作中不断产生的变化，同时也包括整个群体展现出的行为表现。
+集群机器人技术的研究包括：设计机器人，物理构造及其行为控制。它受到在社会性昆虫中观察到的涌现行为的启发，但是不受其限制，这种突发行为被称为集群智能。相对简单的个体规则会产生大量复杂的群体行为。其关键组成部分是建立起持续反馈系统，该反馈系统主要来自于小组成员之间的无间断沟通。群体行为涉及到个体在合作中不断产生的变化，同时也包括整个群体展现出的行为表现。
-   --[[用户:Zengsihang|Zengsihang]]（[[用户讨论:Zengsihang|讨论]]） 【审校】“它受到在社会性昆虫中观察到的涌现行为的启发，但是不受其限制，这种突发行为被称为集群智能”改为“它受到社会性昆虫中观察到的新兴行为（被称为集群智能）的启发，并有所延伸”
+   --[[用户:Zengsihang|Zengsihang]]（[[用户讨论:Zengsihang|讨论]]） 【审校】“它受到在社会性昆虫中观察到的涌现行为的启发，但是不受其限制，这种突发行为被称为集群智能”改为“它受到社会性昆虫中观察到的涌现行为（被称为集群智能）的启发，并有所延伸”
 Unlike [[distributed robotic system]]s in general, swarm robotics emphasizes a ''large'' number of robots, and promotes [[scalability]], for instance by using only local communication.<ref>{{cite book|last=Hamann|first=H.|title=Swarm Robotics: A Formal Approach|url=https://books.google.com/books?id=pnNLDwAAQBAJ|year=2018|publisher=Springer International Publishing|location=New York|isbn=978-3-319-74528-2}}</ref> That local communication for example can be achieved by [[wireless]] transmission systems, like [[radio frequency]] or [[infrared]].<ref>[http://correll.cs.colorado.edu/wp-content/uploads/correll_rus_chapter3.pdf N. Correll, D. Rus. Architectures and control of networked robotic systems. In: Serge Kernbach (Ed.): Handbook of Collective Robotics, pp. 81-104, Pan Stanford, Singapore, 2013.]</ref>
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 Unlike distributed robotic systems in general, swarm robotics emphasizes a large number of robots, and promotes scalability, for instance by using only local communication. That local communication for example can be achieved by wireless transmission systems, like radio frequency or infrared.
-与一般的'''<font color="#ff8000"> 分布式机器人系统Distributed Robotic Systems</font>'''不同，群体机器人技术强调需要大量的机器人并提高其可扩展性，例如仅使用本地通信连接。该本地通信包括可以通过无线传输系统实现，例如射频或红外。
+与一般的'''<font color="#ff8000"> 分布式机器人系统Distributed Robotic Systems</font>'''不同，集群机器人技术强调需要大量的机器人并提高其可扩展性，例如仅使用本地通信连接。本地通信可以通过射频或红外等无线传输系统实现。
 == Goals and applications 目标与应用 ==
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 Miniaturization and cost are key factors in swarm robotics.  These are the constraints in building large groups of robots; therefore the simplicity of the individual team member should be emphasized.  This should motivate a swarm-intelligent approach to achieve meaningful behavior at swarm-level, instead of the individual level. <br />Much research has been directed at this goal of simplicity at the individual robot level. Being able to use actual hardware in research of Swarm Robotics rather than simulations allows researchers to encounter and resolve many more issues and broaden the scope of Swarm Research.  Thus, development of simple robots for Swarm intelligence research is a very important aspect of the field.  The goals include keeping the cost of individual robots low to allow scalability, making each member of the swarm less demanding of resources and more power/energy efficient.
-微型化和成本是集群机器人技术的两大关键因素。它们会制约着大型机器人群体的构建；因此，单个团队成员的简单性就显得尤为重要。其目的是应该基于群体级别而非单一个体级别，来激发一种群体智能方法，去实现有意义的行为。目前出现了大量关于单个机器人级别简单性目标的研究。如果能够在集群机器人技术研究中使用实际硬件操作而非通过仿真实现，就可以使研究人员遇到并解决更多问题，从而加深集群行为的研究。因此，开发用于集群智能研究的简单机器人是该领域发展中非常重要的环节。目标包括：降低单个机器人的成本，和提升它的可扩展性，从而使集群中的每个机器人对资源消耗更少，因此会提高其功率或能效。
+微型化和成本是集群机器人技术的两大关键因素。它们制约着机器人的大规模发展；因此，单个团队成员的简单性就显得尤为重要。其目的是应该基于群体级别而非单一个体级别，来激发一种群体智能方法，去实现有意义的行为。目前出现了大量关于单个机器人级别简单性目标的研究。如果能够在集群机器人技术研究中使用实际硬件操作而非通过仿真实现，就可以使研究人员遇到并解决更多问题，从而加深集群行为的研究。因此，开发用于集群智能研究的简单机器人是该领域发展中非常重要的环节。目标包括：降低单个机器人的成本，和提升它的可扩展性，从而使集群中的每个机器人对资源消耗更少，因此会提高其功率或能效。
    --[[用户:Zengsihang|Zengsihang]]（[[用户讨论:Zengsihang|讨论]]） 【审校】“其目的是应该基于群体级别而非单一个体级别，来激发一种群体智能方法，去实现有意义的行为”改为“这些机器人应当从群体层面激发出群体智能方法，以产生有意义的行为，而非在个体层面各自运行”

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