基于E-PUCK2微型地面群體智能協作系統實驗室建設

多(duō)智能體自主協同方案
實驗室建設

（基于E-PUCK2微型地面群體智能協作系統實驗室建設）

 
 
 
項目類型：《多(duō)智能體自主協同技術》     
項目名稱：多(duō)智能體分(fēn)布式群體協作系統   
項目編号：ZNJ-MAS_2020                 
制作單位：賽途（北京）智能科技有限公司       
 

 

目  錄
一、 實驗室建設目的(de)
二、 技術背景
三、 實驗室概況
四、 應用(yòng)領域
五、 研究方向
六、 基于E-PUCK發表核心期刊 
七、 項目效益 
八、 群體智能協同系統 
九、 配置方案及報價 
十、 群體智能軟件案例 
十一、 多(duō)智能體實驗室效果圖
10.1 群體智能實驗平台效果圖
10.2 群體智能實驗平台三視圖
10.3 實驗室整體效果圖
10.4 群體智能實驗室刨面圖
10.5 多(duō)智能體協同效果圖
10.6 多(duō)智能體協同效果圖

 
 
 

近些年來(lái)，由于仿生學、計算(suàn)機科學、人(rén)工智能、控制科學、社會學等多(duō)個(gè)學科交叉和(hé)滲透發展，多(duō)智能體協同控制技術越來(lái)越受到衆多(duō)學校的(de)廣泛關注，已成爲當前控制學科以及人(rén)工智能領域的(de)研究熱(rè)點。構建一套前沿技術和(hé)應用(yòng)前景廣泛的(de)群體智能教學與實訓平台，不僅能夠很好的(de)實現如編隊控制、一緻性控制、聚散控制等多(duō)智能體協同控制算(suàn)法，打造國際一流水(shuǐ)準的(de)群體智能機器人(rén)試驗平台，也(yě)是學校注重理(lǐ)論和(hé)實踐相結合的(de)培養學生綜合素質以及實踐動手能力的(de)主要方式，是傳播和(hé)産生更多(duō)科技新知識建立科學實驗與創新的(de)實驗基地。
 

多(duō)智能體協同控制的(de)發展從集中、集散式控制、現場(chǎng)中心控制、智能控制，日益複雜(zá)化(huà)、智能化(huà)，且具備了(le)智能體(Agent)的(de)基本特征，控制方式日益走向多(duō)智能控制單元協同工作的(de)模式，整個(gè)控制系統已經具備了(le)多(duō)智能體系統(Multi-Agent System, MAS)的(de)雛形，基于多(duō)智能體的(de)分(fēn)布式協同系統是現代智能控制技術發展的(de)方向。近年來(lái)國内外高(gāo)校對(duì)多(duō)智能體協同技術研究日益增多(duō)。
 

本實驗室通(tōng)過采用(yòng)E-puck2桌面型群體智能機器人(rén)，在小型實驗場(chǎng)地内通(tōng)過光(guāng)電投影(yǐng)定位技術實現機器人(rén)位置感知和(hé)數據通(tōng)訊，實現“群體智能”研究目标。該套實驗平台能夠爲項目研究算(suàn)法提供較爲充足的(de)研究條件，及軟、硬件開發環境支撐，可(kě)以實現涵蓋單體智能控制、多(duō)智能體協同控制、網絡通(tōng)訊、協同算(suàn)法等領域的(de)相關技術内容，以及驗證多(duō)智能體協同控制理(lǐ)論和(hé)關鍵技術解決方案，爲現實生活中大(dà)規模活動與個(gè)體之間關系提供實驗模型和(hé)理(lǐ)論驗證。
 

群體智能機器人(rén)是一種國際前沿的(de)人(rén)工智能研究項目，由多(duō)個(gè)小型機器人(rén)組成的(de)集群式解決系統。群體智能機器人(rén)的(de)靈感源于螞蟻、蜜蜂、魚群體等生物(wù)，在沒有統一領導的(de)情況下(xià)，也(yě)能合作執行大(dà)量複雜(zá)的(de)任務。群體智能機器人(rén)的(de)原理(lǐ)是，首先由一批智能小機器人(rén)，先讓它們完成簡單的(de)任務，比如組建一個(gè)圖形，再在此基礎上一步疊加複雜(zá)的(de)任務，最終實現整個(gè)人(rén)工智能的(de)突破，無限接近、甚至超越人(rén)類。每一個(gè)小機器人(rén)都具有自身的(de)運動能力和(hé)有限的(de)智能水(shuǐ)平，通(tōng)過個(gè)體之間或個(gè)體與環境之間交互行爲形成高(gāo)度的(de)有組織性活動，雖然這(zhè)些交互行爲看上去非常簡單，但他(tā)們聚在一起卻能解決一些難題，完成很多(duō)單體無法完成的(de)工作。群體智能機器人(rén)的(de)運用(yòng)前景非常廣泛,包括智慧城(chéng)市、智慧醫療、智能制造等方面,在軍事戰略中也(yě)發揮巨大(dà)作用(yòng)。
 

在動态不可(kě)預測多(duō)智能體環境中，重點可(kě)以研究以下(xià)課題：
Ø 智能機器人(rén)運動姿态解析與控制算(suàn)法的(de)研究；
Ø 智能機器人(rén)自主感知、組網算(suàn)法的(de)研究；
Ø 多(duō)機器人(rén)目标協同定位算(suàn)法的(de)研究；
Ø 多(duō)機器人(rén)自主動态決策與路徑規劃算(suàn)法的(de)研究；
Ø 多(duō)機器人(rén)編隊組合解散、仿生學行爲模拟算(suàn)法的(de)研究等；
 

 

通(tōng)過構建群體智能機器人(rén)研究平台，可(kě)以提升人(rén)工智能科研深度，提高(gāo)學生綜合能力水(shuǐ)平，形成人(rén)工智能專業人(rén)才培養新模式、産教融合實踐與服務體系以及國際交流合作新格局，建成學校滿意、國内一流、國際知名的(de)高(gāo)标準科研平台。
1. 人(rén)才培養指标：以多(duō)學科交叉融合爲特色綜合應用(yòng)平台，以創新實訓爲手段、以團隊協作爲組織模式，以培養綜合知識應用(yòng)爲目标，每學年滿足50人(rén)以上學生的(de)學習(xí)與實訓需求。
2. 經濟效益指标：有效節省經費，降低教學科研成本，優化(huà)資源配置，提升教學設備的(de)使用(yòng)率和(hé)成果轉化(huà)率。
3. 社會效益指标：滿足師生對(duì)群體智能的(de)學習(xí)與實訓需求，支撐教師開展科學研究和(hé)教學成果展示，提升學生們的(de)就業水(shuǐ)平，增強社會競争力。
4. 教學資源建設：可(kě)申請群體智能國家級精品在線開放課程，申請嵌入式多(duō)智能體協同校級“金課”等。
5. 服務滿意度指标：爲師生提供“随時(shí)”、“随地”、“随心”實驗與實訓環境，師生使用(yòng)滿意率達到99%。
6. 打造國際交流平台：擴大(dà)與國際教學交流，提升師資隊伍國際視野，以國家“一帶一路”倡議(yì)爲契機，探索群體智能國際化(huà)理(lǐ)念，招收“一帶一路”國家留學生，開發和(hé)輸出人(rén)工智能專業教學标準和(hé)技術培訓标準。提升人(rén)才培養國際化(huà)水(shuǐ)平，提升國際競争力與影(yǐng)響力
 

群體智能協同實驗平台分(fēn)爲高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)儀系統、無線通(tōng)訊控制系統、群體智能決策軟件系統、機器人(rén)系統四大(dà)部分(fēn)。
機器人(rén)是實驗控制對(duì)象，是算(suàn)法實現的(de)載體；高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)儀系統是機器人(rén)位置感知與定位的(de)主要系統，通(tōng)過高(gāo)頻(pín)光(guāng)譜采集機器人(rén)位置、朝向、速度等數據信息；無線通(tōng)訊控制系統負責上位機和(hé)機器人(rén)之間的(de)通(tōng)訊，連接數據的(de)采集和(hé)數據的(de)發送，使整個(gè)系統成爲一個(gè)閉環。群體智能決策軟件系統相當于整個(gè)系統的(de)大(dà)腦(nǎo)，綜合收集到的(de)信息控制機器人(rén)之間的(de)運動關系，經過決策後發出機器人(rén)執行的(de)指令。
 
 
 
 
 
1. 高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)儀系統
高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)儀系統可(kě)用(yòng)于三維重建、三維測量、平面定位等。三位重建和(hé)測量主要方法是通(tōng)過投影(yǐng)儀将結構光(guāng)投影(yǐng)至被測物(wù)體上，并通(tōng)過攝像機進行拍(pāi)攝，并根據三維坐(zuò)标和(hé)二維坐(zuò)标的(de)轉換得(de)到其深度，而平面定位則是将經過格雷碼調制過後圖片序列，以高(gāo)頻(pín)（3000HZ及以上）形式連續播放，而接收到光(guāng)信号的(de)設備，按照(zhào)格雷碼編碼的(de)方式進行解碼，從而求出當前所處的(de)平面坐(zuò)标。
 
2. 無線通(tōng)訊控制系統
群體智能無線通(tōng)訊控制系統含單體智能無線接收模塊和(hé)中繼接收模塊。單體智能無線接收模塊含智能定位和(hé)智能組網兩大(dà)部分(fēn)，主要加裝在微型機器人(rén)上，用(yòng)于微型機器人(rén)的(de)定位和(hé)通(tōng)信。它的(de)定位采用(yòng)結構光(guāng)的(de)格雷碼解碼的(de)方式，定位精度能夠達到8mm。通(tōng)信組網采用(yòng)的(de)是2.4GHZ射頻(pín)通(tōng)信技術，可(kě)以實現一對(duì)多(duō)通(tōng)信，發射接收頻(pín)率最大(dà)可(kě)以達到2Mb/s。中繼接收模塊實現一個(gè)模塊管理(lǐ)同一頻(pín)段的(de)單體智能無線接收模塊，實現一對(duì)多(duō)的(de)通(tōng)信，同時(shí)将下(xià)發和(hé)接收的(de)信息通(tōng)過USB接口給出到第三方需要處理(lǐ)數據的(de)設備。
 
3. 群體智能決策軟件系統
群體智能決策軟件系統用(yòng)于多(duō)機器人(rén)群體行爲決策的(de)仿真，結合通(tōng)信接收中繼闆和(hé)單體機器人(rén)，也(yě)可(kě)實現多(duō)個(gè)智能體硬件之間的(de)自主協作。它從系統構成分(fēn)爲應用(yòng)層、仿真層、服務層、通(tōng)信層四部分(fēn)。應用(yòng)層含機器人(rén)群體三種協作模式：圖形模式、手繪模式、指揮棒模式、二次開發模式。仿真層含機器人(rén)節點的(de)新增、删除，機器人(rén)的(de)路徑規劃，機器人(rén)目标點設置等。服務層包含軟件系統獲取機器人(rén)本體的(de)位置和(hé)狀态，通(tōng)訊層包含軟件系統通(tōng)過USB接口與中繼接收闆之間的(de)通(tōng)信。服務層與通(tōng)訊層需要接收中繼闆以及機器人(rén)本體進行聯調。