1.1介绍与目的

机器人作为20世纪最伟大的发明之一，在之后短短的几年内发生了巨大的变化。如今的机器人已成为多学科交叉的高科技代表产物，对我国工业控制、智能制造、航天航空、智能服务业等社会各方各面产生了深远的影响。随着工业4.0和智能制造的兴起以及计算机技术、人工智能技术、传感器技术、深度学习等理论的发展和成熟，机器人的工作内容变得更加复杂，工作量更加大，导致单个机器人很难独立完成，并且设备的设计制造与维护更加困难，系统的可靠性和效率大大降低。这导致了机器人的应用方式从部件式单元应用向系统式应用的方向发展。因此多机器人系统理论成为了多机器人领域的研究热点[11]。

多机器人系统中每一个机器人都具有一定的自主能力，包括自主通信、路径规划、任务分配安排、加入子系统等；同时在与同系统的其他成员的层面上，机器人群能够相互沟通，进行信息交换，且互相协商进行群体协作活动[5]。因此多机器人系统与单机器人系统相比具有以下优点：更广泛的任务领域，可以完成工作量大且复杂的任务；更高的工作效率，考虑到多个机器人在空间和时间两方面上的分布性特点，这种并行的工作方式极大地提高了机器人协作系统完成任务的效率；更强的容错能力，当系统中某个单个机器人出现故障而无法工作时，多机器人协作系统中其他子机器人由于在结构、功能上的冗余性，照样能够完成预定的任务；更低的生产成本，相对于制造一个具有多种功能的机器人来说，多机器人协作系统中性能单一的单个机器人在制造过程中更省时、省力，且维修简单方便。

本论文主要研究多机器人协作搬运体系结构与控制方法设计，以建立一个自组织任务、相互协作的搬运系统。并且用2台无线传感数据采集机器人为核心的硬件平台，通过进行室内协作搬运箱子的综合实验，验证了该控制系统的实用性与控制方法的高效率性。当然该系统的研究也存在很多方面的问题，主要涉及到系统结构，任务分配、通讯机制、冲突消除等问题。其中系统结构确定了机器人之间的关系、系统工作的思维方式，影响着系统的工作能力；任务分配是多机器人协作研究的一个必要问题，多机器人能否互相协作、高效率的完成工作取决于任务分配机制的优劣；通讯机制是系统单个智能体间信息交换的途径，也是人机交流的媒介。通信使得单个机器人能够全面认识环境，机器人子群可以相互协商进行合作，是整个系统的命脉。冲突消除涉及了环境避障，路径冲突、机器人之间的冲突[9]，该部分保证了机器人群在运动与协作中能够安全正确地运行在合适的路径上。

该多机器人协作搬运系统的研究具有广阔的应用前景，对目前发展迅猛的物流行业、工业制造、抢险救灾等领域都有着重大的意义。

1.2国内外研究现状

目前国内外关于多机器人的研究日趋丰富，已经建立一系列有代表性的多机器人仿真和实验系统包括：ALLIANCE、ACTRESS、CEBOT、SWARM等等[7]。

欧盟设立的专门进行多机器人系统研究的项目MARTHA，即用于搬运的多自主机器人系统Multiple MARS MobileAutonomous Robot Software项目。CEBOT系统是由日本学者研究出来。分散式递阶结构是这种系统所自有的一个创新点，该系统将系统中所有相同或者不同功能的机器人视为细胞元，这些细胞元机器人可以移动、寻找和组合。根据任务或环境的变化，这些细胞元机器人可以自组织成器官化机器人，多个器官化机器人可以进一步自组织成功能更加复杂的机器人系统。细胞结构机器人强调的是单元体的组合怎样根据任务和环境的要求动态重构。因此，系统具有多变的构型可以具有学习和适应的群智能，并具有分布式体系结构[11]。

图 1.1CEBOT系统