４ 国内外研究状况与水平
多机器人系统应用领域广泛。美、 欧、日等国家从 ２０ 世纪 ８０ 年代中期就开 始对多机器人系统做了大量研究，协作 机器人学得到了较好的发展。日本对群 体机器人系统的研究开展得比较早，著 名的研究有 Ａ Ｃ Ｔ Ｒ Ｅ Ｓ Ｓ 系统和 Ｃ Ｅ Ｂ Ｏ Ｔ 系 统。Ａ Ｃ Ｔ Ｅ Ｒ Ｅ Ｓ Ｓ 系统通过设计底层的通 信结构而把机器人、周围设备和计算机 等连接起来的自治多机器人智能系统。 Ｃ Ｅ Ｂ Ｏ Ｔ 系统中，每个机器人可以自主地 运动，整个系统没有集中控制，可以根 据任务和环境动态重构、可以具有学习 和适应的群体智能。我国群体机器人的 研究起步较晚，上海交通大学、中国科 学院、哈尔滨工业大学机器人研究所、 东北大学等已先后开发出各种形式的群体 机器人系统。中科院沈阳自动化研究所 以制造环境应用多机器人装配为背景， 建立了一个多机器人协作装配系统。
摘 要 移动机器人通信技术是群体机器人协调工作 中的一个重要研究领域，包括单机器人的上 下位机通信以及多机器人的互通信。本文概 述了移动机器人通信技术的发展历史和现 状，对目前在机器人通信中广泛采用的通信 方式、拓扑结构、通信协议及通信模型进行 了讨论。 关键词 移动机器人；通信系统；通信协议；Ｐ ２ Ｐ ； 协作 中图分类号：Ｔ Ｐ ２ ４ 文献标识码：Ａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｏｍａｉｎｓ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ． Ｉｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｓｔｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｓｌａｖｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌａｖｅｒｓ ｔｏ ｓｌａｖｅｒｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ａｂｒｏａｄ－ａｄｏｐｔｅｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｐｒｏｔｏｃｏｌ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｒｏｂｏｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ； ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ； ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ； Ｐ２Ｐ； ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ
国内外对群体机器人通信的研究已取 得了令人瞩目的进展，但与工业机器人相 比，实用性尚有很大的差距，仍需要在通 信协作，系统可靠性，任务分解与分配等 方面继续研究，不断深入。
参考文献 ［１］、孙迪生，王炎．机器人控制技术［Ｍ］．北 京： 机械工业出版社，１９９７ ［２］、谭明，王硕，曹志强．多机器人系统［Ｍ］． 北京：清华大学出版社，２ ０ ０ ５ ［３］、刘任平．多机器人通信研究［Ｄ］．北京航 空航天大学博士学位论文，１ ９ ９ ９ ［４］、张凯．基于多智能体的机器人系统通 信技术的研究［Ｄ］．南京理工大学硕士学位 论文， ２００４ ［５］、ＷＵ Ｈａｉ－ｔａｏ， ＬＩＮ Ｙｕ， ＣＨＥＮＧ Ｓｈｉ－ｄｕａｎ， ｅｔ ａｌ． ＩＥＥＥ ８０２．１１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｃｏｍｐｕｔ Ｓｃｉ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２００３， １８
表 ２ 通信方式比较
表 １ 通信拓扑结构比较
００８ 年第 ５ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｍａｒ．２００８
任务实时系统，它运行在环境经常动态 变化的真实世界中，为增强多机器人系 统适应环境的能力，我们希望智能体能 根据环境需要及具体任务的不同要求实现 智能体能力的动态可扩充。综合比较 Ｃ ／ Ｓ 和 Ｐ２Ｐ 模型，可考虑建立能支持系统复 杂通信行为的基于 Ｃ／Ｓ 和 Ｐ２Ｐ 模型混合的 模型结构。
Ｓｕｎ Ｌｉａｎｇ１， Ｚｈａｎｇ Ｙｏｎｇｑｉａｎｇ２， Ｑｉａｏ Ｓｈｉｑｕａｎ２ １． Ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ， Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ， Ｈｅｂｅｉ ０５００１８ ２． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
个网络信号处理量下降。 对于应用层协议的研究，目前基于
多智能体的实时通信系统中，多采用 Ｔ Ｃ Ｐ 协议，以保证系统的稳定性和可靠 性，基本不发生丢包的现象。但是，这 是以牺牲系统的实时性为代价的，往往 达不到预期的效果。相反，无连接的、 不可靠的、尽最大努力投递报文的 Ｕ Ｄ Ｐ 协议虽然没有差错控制、超时重发、拥 塞控制等可靠性保证策略，但这也正是 Ｕ Ｄ Ｐ 的特点所在。在基于 Ｕ Ｄ Ｐ 的通信 中，没有发送之前建立连接的过程，也 没有发送方等待确认包的“握手”过 程，但保证了 Ｕ Ｄ Ｐ 的“轻量”、快速 的特点，在网络质量较好的情况下仍然 是首要选择［１０］。因此可考虑使用 Ｔ Ｃ Ｐ 协 议和 Ｕ Ｄ Ｐ 协议结合的通信协议。
信息科技
中国科技信息 ２００８ 年第 ５ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｍａｒ．２００８
多移动机器人
通信技术综述
孙亮 １ 张永强 ２ 乔世权 ２ １． 河北科技大学人事处 ０５００１８ ２． 河北科技大学信息科学与工程学院
Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ－ｒｏｂｏｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
（５）： ６０７－６１４ ［６］、谢云，杨宜民．基于ＣＳＭＡ／ＣＡ的自主足 球机器人通信子系统设计与实现［Ｊ］．机床 与液压．２００５， ３： ２３－２５ ［７］、ＨＵ Ｈｅ－ｆｅｉ， ＬＩＵ Ｙｕａｎ－ａｎ， ＬＩ Ｓｈｕ－ｌａｎ． Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ Ｃｏｎｔｅｎｄｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＤＣＦ Ｍｏｄｅｌ ｉｎ ＩＥＥＥ ８０２．１１ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ． ２００４， １１：４４－４９ ［８］、ＪＩ Ｘｉａｏ－ｆｅｉ， ＦＡＮ Ｇｅ． Ｕｓｉｎｇ ＣＳＭＡ／ＣＤ ｆｏｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＳ ｈａｎｇｈａｉＪ ｉａｏｔｏｎｇＵ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ Ｓｃｉｅｎｃｅ）． ２００４， ９： ２５－２８ ［９］、李智军，周晓，吕恬生．基于群体协作 的分布式多机器人通信系统的设计与实 现［Ｊ］． 机器人． ２０００， ２２（４）： ３００－３０４， ３２８ ［１０］、王慧，颜国正，高志军．基于ＴＣＰ／ＩＰ的 多机器人通信［Ｊ］．计算机测量与控制． ２００３， １１（３）： ２０５－２０６ ［１１］、刘向军， 刘世平， 张洁， 等．多Ａｇｅｎｔ 系统通信与协作机制构造［Ｊ］． 机械设计 与制造工程．２００２，３１（２）： ４０－４１ 作者简介 孙亮（ １ ９ ８ １ － ） ，男，山东嘉祥人，研究 实习员，本科，主要研究方向：面向对 象技术、通信系统、Ｕ Ｍ Ｌ 等； 张永强（ １ ９ ８ １ － ） ，男，河北井陉人，助 教，硕士，主要研究方向：网络技术、 通信系统，人工智能、面向对象技术等； 乔世权（ １ ９ ８ ０ － ） ，男，河北安平人，助 教，本科，主要研究方向：数据库、面向对 象技术、软件工程等。
３ 基于多移动机器人的通信模型研 究
协作是多机器人系统的重要特征， 协作的实现离不开通信。在多智能体机 器人环境中，通信系统的构建与实现， 要为多机器人系统提供良好的通信平台以 实现总体控制功能。
３．１ 机器人通信访问协议［３，４］ 针对保证实时通信的研究工作有很 多，如令牌总线、令牌环、分布式队列 双总线、光纤分布数据接口等。这些解 决方法都需要维持一个物理或逻辑环， 增加的硬件设备导致费用较高，管理和 分发很复杂，带来的系统负担将较大。 在总线拓扑结构里总线式 Ｃ Ｓ Ｍ Ａ ／ Ｃ Ａ 得到广泛应用［６，７］。Ｃ Ｓ Ｍ Ａ ／ Ｃ Ａ 的目的是 避免冲突，而不是检测冲突是否存在。 Ｃ Ｓ Ｍ Ａ ／ Ｃ Ａ 存取方式存在的一个问题是报 文分组冲突后，仍然继续发送直至全部 结束，如果冲突各方检测到冲突后能及 时停止发送，则可使信道有效利用率得 到提高。而 Ｃ Ｓ Ｍ Ａ ／ Ｃ Ｄ 协议［８，９］的存取方 式是根据上述要求改进而来的。采用 Ｃ Ｓ Ｍ Ａ ／ Ｃ Ｄ 控制方式时，不足的一面 是，当各机器人发送请求的频率越高， 信号冲突的可能性就越大，从而造成整
使用显式通信的多机器人系统利用特 定的通信介质，快速有效地完成各机器 人间信息的交互，实现许多在隐式通信 下无法完成的高级协调协作策略。但由 于多机器人系统在通信的实时性、可靠 性等方面有特殊要求，所以针对适用于 多机器人系统分布式控制结构的特定环境 的通信机制的研究具有重要的意义。隐 式通信与显式通信是多机器人系统各具特 色的两种通信模式，如果将两者各自的 优势结合起来，则多机器人系统就可以 灵活地应对各种动态未知环境，完成许 多复杂任务［３］。
户进程与服务器进程进行双向通信，客 户进程间无直接通路。此模型适用于需 要集中控制的应用，中心服务器利用其 特殊地位了解各客户机的需求，这有利 于对客户进程的管理以及实现通信资源的 合理分配与调度；另外，Ｃ ／ Ｓ 模型结构 简单、易于实现，便于错误诊断及系统 维护。其缺点也很明显：客户进程间通 信效率低，服务器工作负荷大，服务器 性能及网络带宽是影响系统性能的瓶颈； 中心服务器的错误会导致整个系统的崩 溃。
器人系统中各机器人了解其它机器人的意 图、目标和动作以及当前环境状态等信 息，进而进行有效的磋商，协作完成任 务。机器人之间的通信一般分为隐式通 信和显式通信两类。