发布时间：2023-12-19 00:39来源：www.sf1369.com作者：宇宇
多机器人系统仿真平台--Multi-robot Simulation System
摘要
随着机器人技术的发展，机器人的能力不断提高，其应用领域不断扩展，人们要求机器人所完成的任务也越来越复杂，如制造过程的复杂装配作业、空间站的维修、海洋勘探以及有害废料的清理等。在这些应用中，使用多个功能有限的机器人远比使用单个功能复杂的机器人要有优势。要使多个机器人构成的系统能有效地运行，就必须对该系统加以组织。因此，如何组织这样的系统，以及如何实现多个机器人之间的协调与协作已经成为当前机器人学研究的新课题之一。本文针对多机器人系统的运动规划和仿真系统建模与实现展开研究工作，主要内容如下:
首先，本文介绍了多机器人系统的特点，综述了多机器人运动规划和仿真平台的发展现状，并对论文结构、研究背景做了介绍
其次，研究了基于行为的分布式运动规划。本文将人工势场法应用于机器人与静态障碍的避碰算法中，并通过对不同方向的障碍物给与不同权重，改善了静态环境中单机器人的运动轨迹。本文针对静态环境中的局部极小问题设计了follow_wall行为，并通过引入目标方向角，使机器人能够在更为复杂的环境中避免陷入局部极小。本文还讨论了机器人之间的避碰问题。通过采用合理的交通规则，机器人可以灵活地相互躲避 。
第三，研究了学习分类器系统在多机器人学习中的应用。为了提高该方法的收敛速度，本文引入了规则构造器和合并操作。同时机器人通过通讯共享各自所发现的最优的规则，以充分利用多机器人系统以及学习分类器算法本身均为并行系统的特点。仿真结果表明，改进后学习速度大为提高。
第四，研究了多机器人仿真系统的设计和实现。本文根据通用的多机器人仿真平台所应该具有的特点，采用面向对象模型化技术OMT（Object Modeling Technique）, OMT对多机器人仿真系统进行分析，建立了仿真系统的对象模，型动态模型和功能模型，并实现了基于该模型的分布式多机器人仿真系统MultiSim（Multi-robot Simulation System）。
最后，论文对所取得的研究成果进行了总结，并阐述了下一步的工作。
市场经济条件下,尤其是在中国加入 WTO 后，如何加速培养现代管理决策人才，适应企业发展需要，使企业在激烈的国内外市场竞争中立于不败之地，是我国各高等院校、培训中心、职工大学等经济、管理类学科各专业教学改革所面临的一项极其重大的课题。由东华大学管理学院研制成功的《现代企业经营决策仿真系统》系列软件借助于计算机的特有功能，结合仿真技术，将现代企业生产经营活动过程中的产品市场营销 、 生产组织 、 材料采购、资源配置、成本核算、经营成果计算主要内容有机地融为一体，使学生在短短的几天时间内就能充分运用所学现代管理基本理论知识进行实践性尝试，犹如身临其境，获得在实际中需几年才能感受到的经验和体会，弥补了管理、经济类学科各专业生产经营实践性教学环节的空白，形成一套快速培养现代管理决策人才的教学新模式，对深化管理、经济类学科各专业的教学改革、提高授课层次、强化素质教育，起到了极大的推动作用。仿真系列软件系统推出后已经在全国24个省市的百余所高等院校、培训中心中得到了广泛的应用，阶段成果于1997年就已分获《国家级教学成果二等奖》和《部级教学成果一等奖》，经过近年的不断努力，软件系统的理论内涵和运行平台发生了深刻的变化，形成为一个完整的系列，整体水平在国内外均处于领先地位，经专家评审，于2005年再次获得《国家级教学成果二等奖》和《上海市教学成果一等奖》，结合“决策支持系统导论”课程建设，获得2004年度“上海市精品课程”荣誉称号。系列软件系统共包含有《现代企业经营决策仿真系统——单机版》、《人机对抗现代企业经营决策仿真系统——网络版》、《现代企业经营决策仿真系统——千姿版》、《现代企业经营决策仿真系统——群体对抗Web版》、 《现代企业经营决策仿真系统——人机对抗Web版》、《现代企业经营决策仿真系统——群体对抗Internet版》和《现代企业经营决策仿真系统——人机对抗Internet版》等七个不同版本。
《现代企业经营决策模拟系统——单机版》引进了竞争机制，可同时模拟出三个不同类型的竞争市场、二～十个竞争企业和七个相互联系、变动着的经营周期，在给出不同经营周期的市场经济形势变化趋势和各竞争企业的初始生产经营条件后，将学生组合成为若干个不同的竞争企业，学生即可以企业决策者的身份就市场竞争条件下的本企业产品市场销售价格、广告费用投入、销售人员聘用、产品生产计划 、生产能力调整 、材料订购批量、流动资金贷款、产品质量改进费用投入等一系列现代企业生产经营活动过程中的主要内容作出决策，形成一定的生产经营决策方案。决策数据输入系统经计算后，几秒钟内即可以报表的形式输出竞争条件下各企业决策方案的经营成果数据，如产品市场销售量、销售额、市场占有率、设备和人员生产能力负荷、成本费用形成、产品生产成本、产品库存数量、企业经营盈亏、现金收支流量、企业资产负债等，这些成果数据可供各竞争企业评价其所作决策正确与否分析之用，也为下一经营周期进行新的决策提供了依据。各经营周期系统还可输出评价总表，给出各竞争企业的综合评价总分和名次，可使学生对所实施的各周期经营决策方案从整体上做出进一步的剖析，领会企业成功的秘决。
《人机对抗现代企业经营决策仿真系统——网络版》是在原有的《现代企业经营决策模拟系统——单机版》的基础上更深层次的开发，在机房网络环境下进行网上运行，除了具有《现代企业经营决策模拟系统》所有功能外，又引进了优化决策原理，计算机本身被确定为一个竞争企业，有类似于电脑棋手的作用，在学生作出决策的同时可就生产经营活动过程中的一系列内容自行作出优化决策，实施人机对抗，使系统应用具有更大的竞争性、挑战性和灵活性，国际上尚未有开发成功的报道。网络版可通过联网机房的服务器将系统安装到各个工作站，并可在网上启动运行和控制 ， 安装站数最多可达到 200个，一人一机，实施人机对抗。通过对该系统的运用，更能激发学生的整体优化决策意识提高学生的科学决策水平和能力 。 并能根据该系统原理 ， 开发出以提高企业经济效益为目标的决策支持系统。
《现代企业经营决策仿真系统—— 千姿版》 则是为了适应各高等院校、培训单位教育教学改革不断深入发展而开发的、具有更大灵活性的企业竞争仿真系统，该系统最多可供 200个学生同时上机操作，并可根据需要将学员任意分成若干个组（最多可达40个组），每组设定若干个学生（每组最多40个学生） ， 各组组内学生之间展开激烈竞争， 一台计算机 （工作站）作为一个竞争企业，决策数据由学生在各工作站终端输入后被传送到服务器上集中运算和处理，运算结果再被送回到各工作站，供学生分析、评价和再决策用。该系统的应用，最大限度地发挥了各院校联网机房的效用，充分体现出了现代教育技术和手段的优势。一轮七个周期的仿真决策过程完成后，系统将会对每个学生所取得的经营成果作出评价，给出成绩，并依据分数多少排出名次，通过打印机输出后即可存档。
《现代企业经营决策仿真系统——人机对抗 Web版》、《现代企业经营决策仿真系统 ——群体对抗Web版》更是将现代企业经营决策仿真系统的精髓、 《情景设定》、 《使用过程》、 《应用原理》等拓展到了网站运行模式上， 在学校实验室或整个学校范围内， 学生打开浏览器， 键入网址， 即可启动系统运行，在线阅读决策仿真实验基本条件介绍《情景设定》， 了解决策仿真系统使用过程， 学习现代企业决策基本原理， 内容更为全面。除具有《人机对抗现代企业经营决策仿真系统——网络版》基本特点外，只需将“主持人系统”和“工作站系统”全部安装在服务器或主持人（教师）使用的一台计算机上，极大简化了系统的安装过程，安装更为方便。系统运行时，由于“工作站系统”不再需要映射到服务器或主持人（教师）使用的计算机数据目录，数据存放隐蔽安全，极大地提高了实验数据真实性和可靠性，运行更为安全。由于“工作站系统”采用了ASP.NET 编程，显示色彩柔和，美观大方，清晰易读，界面更显美观。
《现代企业经营决策仿真系统——人机对抗Internet版》、《现代企业经营决策仿真系统——群体对抗 Internet版》 进一步将《决策仿真——人机对抗Web版》、《决策仿真——群体对抗Web版》拓展到了互联网上，运用该系统可使学生不受时间、地域限制，通过Internet远距离地参与企业竞争模拟，实施网上远程报名，调用仿真情景设定， 查看周期经济形势， 输入企业决策数据，预算初始决策方案，显示主要竞争结果，了解企业经营状况，分析决策方案成果等。由于用户系统存放在网站服务器上，在任何地方，只要能够拨号上网或通过校园网络上网，就能参与系统构建的企业竞争模拟。同样，主持人系统也可在任何地方，只要上网，就能审定参赛人员资格，划定各组参赛人数，调整仿真难易程度，计算各个企业决策方案，评价不同方案成果，反馈竞争结果数据，并能对整个系统使用过程进行监督、协调、控制和调整。《决策仿真 —— 人机对抗Internet版》最多可供 2000 个人（队）同时在线运行， 进行现代企业管理决策实践尝试， 《决策仿真系统——群体对抗 Internet版》最多可供1600个队同时参加 一轮的竞争决策模拟，在互联网运行范围内展开现代企业管理决策仿真大赛，在使用形式上实现了创造性的突破，管理内涵和网络技术的完美结合，将现代管理决策人才培养的教学模式推进到了一个崭新的、前所未有的新阶段。