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、 支撐的(de)研究方向 
六、 國外基于群體智能發表核心期刊 
七、 項目效益 
八、 群體智能協同系統總體方案 
8.1. ROBO-MAS機器人(rén) 
8.2. 高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)儀系統 
8.3. 無線通(tōng)訊控制系統 
8.4. 群體智能決策軟件系統 
九、 群體智能實驗場(chǎng)景 
十、 配置方案及報價 
十一、 多(duō)智能體實驗室效果圖 
11.1 小群體大(dà)智慧實驗平台效果圖
11.2 小群體大(dà)智慧實驗平台三視圖
11.3 實驗室整體效果圖
11.4 群體智能實驗室刨面圖
11.5 群體智能協同效果圖（動态捕捉系統）
11.6 多(duō)智能體協同效果圖

一、 實驗室建設目的(de)

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)群體智能實驗平台，對(duì)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)法進行驗證，促進理(lǐ)論研究，加強理(lǐ)論與實際的(de)聯系，支撐研究團隊持續發展。
 

二、 技術背景

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)，且具備智能體的(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。

三、 實驗室概況

本實驗室通(tōng)過采用(yòng)ROBO-MAS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“小群體大(dà)智慧”研究目标。該套實驗平台能夠爲群體智能理(lǐ)論研究提供較爲充足的(de)實驗條件，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，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。
 

四、 應用(yòng)領域

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。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)。
 

五、 支撐的(de)研究方向

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)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)區(qū)域覆蓋算(suàn)法的(de)研究；

六、 國外基于群體智能發表核心期刊

序号	論文出處	課題
1	IEEE	Persistent and Robust Execution of MAPF Schedules in Warehouses 在倉庫中連續穩定地裏執行MAPF計劃
2	IEEE	Finding Consensus Without Computation 無算(suàn)法條件下(xià)自主聚集行爲
3	Natural Robotics Lab	Occlusion-Based Cooperative Transport with a Swarm of Miniature Mobile Robots 多(duō)耦合系統下(xià)的(de)微型輪式移動器群體協同傳輸
4	Natural Robotics Lab	Self-organized aggregation without computation 無算(suàn)法條件下(xià)的(de)自組織群集行爲
5	Natural Robotics Lab	Clustering Objects with Robots That Do Not Compute 無算(suàn)法條件下(xià)多(duō)機器人(rén)聚集行爲

七、 項目效益

Ø 通(tōng)過實物(wù)的(de)實驗，幫助驗證群體智能算(suàn)法。群體智能是一個(gè)複雜(zá)的(de)學科，涉及到很多(duō)細節，通(tōng)過實際的(de)實驗，可(kě)以促進驗證群體智能算(suàn)法的(de)可(kě)行性。
Ø 群體機器人(rén)平台可(kě)以實現深度學習(xí)、機器學習(xí)、人(rén)工智能、協同定位、區(qū)域覆蓋、任務規劃、資源分(fēn)配、通(tōng)信方式等算(suàn)法的(de)驗證，保證實驗平台的(de)多(duō)樣化(huà)，可(kě)進行大(dà)部分(fēn)學科的(de)實驗。
Ø 每一個(gè)人(rén)都做(zuò)著(zhe)不同類型的(de)工作，通(tōng)過群體機器人(rén)平台可(kě)以把所有人(rén)的(de)工作進行整合，幫助發現問題，促進群體智能算(suàn)法的(de)實現。
 

八、 群體智能協同系統總體方案

群體智能協同實驗平台分(fēn)爲機器人(rén)系統、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。

8.1. ROBO-MAS機器人(rén)

 
ROBO-MAS是一款桌面微型移動機器人(rén)，它搭載可(kě)以靈活組網的(de)射頻(pín)通(tōng)信芯片，最高(gāo)傳輸速率可(kě)達2Mbps，并提供機器人(rén)的(de)速度控制接口、機器人(rén)角度控制接口、局域網網絡配置文檔。可(kě)以在有限的(de)空間内進行大(dà)數量智能機器人(rén)群體協作實驗，其在實用(yòng)性、穩定性、拓展性、接口開放性等方面有極大(dà)的(de)優勢。可(kě)在已知環境下(xià)的(de)任務動态分(fēn)配研究，任務預測與任務分(fēn)解研究，以及異構大(dà)規模多(duō)耦合任務研究等方面具有領先優勢。
技術參數：
1. 處理(lǐ)器：STM32F0C8T6；
2. 傳感器：2個(gè)光(guāng)電接收傳感器；6個(gè)紅外線傳感器；
3. 3個(gè)LED三色燈；
4. 通(tōng)訊：2.4GHZ射頻(pín)模塊；
5. 運動速度：約10~25cm/秒；
6. 尺寸：直徑50mm，高(gāo)度46mm；
7. 重量：72g；
8. 電池：4.2V，锂電池700mAh；
9. 續航約：30分(fēn)鐘(zhōng)；
 

8.2. 高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)儀系統

高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)儀系統包含兩個(gè)子系統，光(guāng)引擎系統和(hé)驅動系統，以及散熱(rè)器和(hé)風扇等設備。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。三維重建和(hé)測量主要是通(tōng)過高(gāo)頻(pín)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。平面定位是一套定位毫米級的(de)定位系統。
技術參數：
1. 光(guāng)引擎包括：紅色、綠色和(hé)藍色光(guāng)譜;以及912×1140鑽石像素0.45英寸結構光(guāng)超分(fēn)辨顯微鏡。
2. 驅動系統含LED驅動電路，數字控制器，電源管理(lǐ)電路，DVI TO RGB轉換等設備。
3. 含高(gāo)頻(pín)播放的(de)格雷碼編制的(de)黑(hēi)白條紋圖片序列。
4. 含播放格雷碼編制圖片序列的(de)配置文件。
5. 标準投影(yǐng)面積爲長(cháng) 1500mm 寬960mm，橫坐(zuò)标像素點定位精度爲1.67mm 縱坐(zuò)标像素點定位精度爲1.69mm。
6. 提供高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)實現平面定位的(de)操作說明(míng)手冊。
 

8.3. 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)USB中繼接收模塊。它們的(de)通(tōng)信芯片均采用(yòng)Nordic公司的(de)NRF24L01+芯片，它具有多(duō)點通(tōng)信、調頻(pín)通(tōng)信，且功耗低等諸多(duō)優點。
單體智能無線接收模塊是一款自主定位和(hé)通(tōng)信組網模塊，它主要通(tōng)過串口通(tōng)訊方式加裝在ROBO-MAS微型移動機器人(rén)上，來(lái)實現微型機器人(rén)的(de)定位和(hé)通(tōng)信組網。它内含光(guāng)電接收傳感器、STM32F0C8T6處理(lǐ)器、NRF24L01+通(tōng)信芯片、闆載2.4GHZ天線、電源管理(lǐ)芯片等。
USB中繼接收模塊是一款通(tōng)信中間件模塊，它與PC端采用(yòng)USB接口連接方式，PC端軟件通(tōng)過該模塊能夠查詢或設置ROBO-MAS機器人(rén)，中繼接收模塊能夠實時(shí)管理(lǐ)查詢多(duō)個(gè)微型移動機器人(rén)。
 

8.4. 群體智能決策軟件系統

群體智能決策軟件系統是一套多(duō)智能體自主協作仿真以及實物(wù)驗證的(de)軟件平台系統。它可(kě)用(yòng)于多(duō)機器人(rén)群體行爲決策的(de)仿真、機器人(rén)路徑規劃、機器人(rén)狀态顯示等。當該軟件通(tōng)過PC端的(de)USB口接入中繼接收模塊，實現對(duì)多(duō)個(gè)微型移動機器人(rén)間通(tōng)訊管理(lǐ)和(hé)信息交互。
群體智能決策軟件系統分(fēn)爲應用(yòng)層、仿真層、服務層、通(tōng)信層四部分(fēn)。應用(yòng)層提供二種協作案例（圖形模式、手繪模式）和(hé)底層二次開發模式，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)訊層包含軟件系統與中繼接收模塊之間的(de)通(tōng)信。
 

九、 群體智能實驗場(chǎng)景

爲方便用(yòng)戶快(kuài)速熟悉群體智能協作平台，直觀展示群體智能的(de)運用(yòng)與開發内容，提供兩種協作模式，以及複雜(zá)算(suàn)法的(de)二次開發底層代碼。
l 圖形模式：用(yòng)戶在上位機軟件上選擇如圓形、五角星形、正方形、數字等某種圖形，機器人(rén)能夠自動根據配置數量排列出對(duì)應形狀；
l 手繪模式：用(yòng)戶在上位機顯示窗(chuāng)口内畫(huà)圖或寫字，系統會自動分(fēn)析、識别圖形，并且根據機器人(rén)的(de)數量自動排列出對(duì)應圖案；
l 二次開發：提供底層通(tōng)訊協議(yì)和(hé)API接口，以及相關demo。
（1）提供機器人(rén)端與群體智能協作系統的(de)通(tōng)信協議(yì)。
（2）提供機器人(rén)模塊目标速度控制接口。
（3）提供機器人(rén)模塊目标角度控制接口。
（4）提供機器人(rén)單體避障算(suàn)法。
（5）提供機器人(rén)群體隊列保持算(suàn)法demo。
（6）提供機器人(rén)跟随算(suàn)法demo。
（7）提供高(gāo)頻(pín)定位系統平面坐(zuò)标輸出接口demo。

十、 配置方案

序号	産品名稱	圖片	介紹	數量
1	ROBO-MAS 機器人(rén)		ROBO-MAS是智能佳公司自主研發的(de)一款桌面微型移動機器人(rén)，它搭載可(kě)以靈活組網的(de)射頻(pín)通(tōng)信芯片，最高(gāo)傳輸速率可(kě)達2Mbps，并提供機器人(rén)的(de)速度控制接口、機器人(rén)角度控制接口、局域網網絡配置文檔。 技術參數： Ø 處理(lǐ)器：STM32F0C8T6； Ø 傳感器： l 2個(gè)光(guāng)電接收傳感器； l 6個(gè)紅外線傳感器； Ø 3個(gè)LED三色燈； Ø 通(tōng)訊：2.4GHZ射頻(pín)模塊； Ø 運動速度：約10~25cm/秒； Ø 尺寸：直徑50mm，高(gāo)度46mm； Ø 重量：72g； Ø 電池：4.2V，锂電池700mAh； Ø 續航約：30分(fēn)鐘(zhōng)；	6
2	高(gāo)頻(pín)定位及通(tōng)訊系統		高(gāo)頻(pín)投影(yǐng)儀系統包含光(guāng)引擎系統和(hé)驅動系統，可(kě)以實現3000Hz格雷碼編制高(gāo)精定位。并通(tōng)過中繼接收闆實現不同機器人(rén)之間的(de)相互通(tōng)訊。 技術參數： Ø 光(guāng)引擎包括：紅色、綠色和(hé)藍色光(guāng)譜;以及912×1140鑽石像素0.45英寸結構光(guāng)超分(fēn)辨顯微鏡。 Ø 驅動系統：含LED驅動電路，數字控制器，電源管理(lǐ)電路，DVI TO RGB轉換與TFP401和(hé)一個(gè)32MB閃存。 Ø 發射頻(pín)率：3000Hz Ø 通(tōng)訊模式：低功耗2.4GHZ無線射頻(pín)節點組網； Ø 定位精度：在投影(yǐng)面積1.5m*0.9m範圍内的(de)定位精度爲2mm。	1
3	機器人(rén)測試場(chǎng)地		Ø 平台尺寸：2x2米； Ø 攝像頭支架：可(kě)調高(gāo)度1.5-2米； Ø 便攜式補光(guāng)燈：2個(gè)； Ø 高(gāo)密度闆：4塊1.9x1.9x0.015m； Ø 主體材質：鋁合金支撐骨架； Ø 護闆：8塊PCB防護闆； Ø PVC背景闆：4張（黑(hēi)色/白色）； Ø 3M強力超薄雙面膠帶：1卷； Ø 場(chǎng)地組裝手冊：1份； Ø 安裝工具：螺絲、螺絲刀(dāo)等	1
4	群體智能協作軟件系統		功能介紹： Ø 機器人(rén)本體狀态信息在仿真模拟器系統上的(de)顯示。 Ø 仿真模拟器上可(kě)創建虛拟機器人(rén)的(de)動态目标軌迹的(de)規劃。 Ø 仿真模拟器上可(kě)現實機器人(rén)本體狀态參數顯示，含位置、方向、速度等。 Ø 多(duō)智能體移動目标位置路徑規劃策略設計，定位坐(zuò)标輸出的(de)頻(pín)率設置，機器人(rén)探測半徑設置，路徑目标間隔點長(cháng)度設置，目标點角度與機器人(rén)當前角度阈值設置等。 Ø 多(duō)智能體軌迹保持算(suàn)法的(de)設計與開發。	1
5	技術培訓		Ø 提供免費遠(yuǎn)程二次開發培訓及相關技術資料 Ø 提供有償上門技術培訓。	1人(rén)