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第1章 引言1

1.1 研究背景1

1.2 群机器人研究综述1

1.2.1 相关概念1

1.2.2 系统特征3

1.2.3 判别准则4

1.2.4 自然启发4

1.2.5 通信交互4

1.2.6 协调控制5

1.2.7 智能涌现6

1.2.8 典型应用6

1.3 本书结构9

第2章 群机器人系统建模11

2.1 一般性建模要求11

2.2 常规建模方法11

2.2.1 基于传感器-执行器建模法12

2.2.2 微观建模法12

2.2.3 宏观建模法15

2.2.4 基于拟态物理学建模法16

2.2.5 元胞自动机建模法18

2.3 常规建模法述评19

2.4 扩展微粒群算法建模法19

2.4.1 微粒群算法20

2.4.2 群机器人目标搜索与微粒群算法的映射22

2.4.3 相关概念23

2.4.4 扩展微粒群算法模型的形式化表示25

第3章 理想条件下的群机器人目标搜索26

3.1 成员机器人控制器结构26

3.2 扩展微粒群算法模型要素分解28

3.2.1 搜索环境28

3.2.2 搜索主体29

3.3 控制策略31

3.3.1 系统建模31

3.3.2 算法描述32

3.4 仿真33

3.4.1 参数设置33

3.4.2 性能指标33

3.4.3 结果与讨论35

3.5 总结45

第4章 相对定位机制下的群机器人目标搜索46

4.1 自主移动机器人定位研究述评46

4.1.1 绝对定位46

4.1.2 相对定位48

4.1.3 群机器人定位51

4.2 相对定位机制下的群机器人系统建模52

4.2.1 有限检测能力与最优认知53

4.2.2 局部交互与社会最优53

4.2.3 相对位置描述54

4.3 控制算法57

4.3.1 假设57

4.3.2 算法描述58

4.4 仿真60

4.4.1 参数设置60

4.4.2 结果与讨论60

4.5 总结61

第5章 异步通信条件下的群机器人目标搜索62

5.1 微粒群算法串并行研究述评62

5.2 微粒群算法特性分析63

5.2.1 算法概要63

5.2.2 算法特性64

5.2.3 时间经济性与算法效率分析67

5.3 群机器人的并行异步控制69

5.3.1 系统建模69

5.3.2 群机器人异步并行控制特点70

5.3.3 基于进化位置的异步通信策略72

5.3.4 算法描述73

5.4 仿真73

5.4.1 参数设置75

5.4.2 基于固定通信周期原则的异步通信策略75

5.4.3 基于绝对进化位置原则的异步通信策略76

5.4.4 结果与讨论76

5.5 总结78

第6章 运动学特性约束下的群机器人目标搜索79

6.1 机器人避碰规划研究述评79

6.2 机器人的运动控制80

6.2.1 机器人建模80

6.2.2 群机器人建模84

6.3 群机器人避碰规划86

6.3.1 人工势场法86

6.3.2 群机器人避碰规划87

6.3.3 人工势场法与微粒群算法的集成88

6.3.4 算法描述90

6.4 仿真92

6.4.1 机器人的局部坐标系92

6.4.2 性能指标92

6.4.3 环境构建92

6.4.4 参数设置93

6.4.5 结果与讨论93

6.5 总结95

第7章 多源信号融合条件下的群机器人目标搜索96

7.1 复杂搜索环境与信号传播96

7.2 系统建模96

7.2.1 机器人行为规则97

7.2.2 绝对定位机制下的系统模型97

7.3 信号感知98

7.3.1 瓦斯气体信号98

7.3.2 射频电磁波信号99

7.3.3 呼救声音信号100

7.3.4 信号传播环境建模100

7.4 异类信号融合102

7.4.1 虚拟通信102

7.4.2 信息熵104

7.4.3 加权融合106

7.4.4 算法描述107

7.5 仿真108

7.5.1 信号发生108

7.5.2 测点布置108

7.5.3 参数设置109

7.5.4 结果与讨论109

7.6 总结115

第8章 要求动态任务分工的群机器人目标搜索116

8.1 多目标搜索研究述评116

8.2 问题描述117

8.3 基于响应阈值的任务分工原理118

8.3.1 多任务分工模型118

8.3.2 任务激励118

8.4 带闭环调节的动态任务分工119

8.4.1 个性化任务集构造119

8.4.2 个性化任务集维护120

8.4.3 意向目标生成121

8.4.4 子群联盟缔结122

8.4.5 子群联盟框架内的机器人协同122

8.4.6 机器人位置评估123

8.4.7 机器人资源配置水平度量123

8.4.8 子群联盟内优势地位评估124

8.4.9 任务分工的动态调节124

8.4.10 任务分工的鲁棒性126

8.5 算法描述127

8.6 仿真129

8.6.1 结果129

8.6.2 讨论132

8.7 总结134

第9章 考虑行为协同的群机器人目标搜索135

9.1 群机器人行为协同研究述评135

9.2 粗粒度协同模式136

9.2.1 合作协同136

9.2.2 竞争协同139

9.3 协同策略140

9.3.1 粗粒度协同140

9.3.2 细粒度协同141

9.4 算法描述143

9.5 仿真143

9.5.1 参数设置与评价指标144

9.5.2 结果与讨论145

9.6 总结149

参考文献150