CN101853006B

CN101853006B - 多智能体协同控制***

Info

Publication number: CN101853006B
Application number: CN2010101488739A
Authority: CN
Inventors: 关新平; 陈栋; 陈彩莲; 龙承念
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-04-17
Filing date: 2010-04-17
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2030-04-17
Also published as: CN101853006A

Abstract

一种通信技术领域的多智能体协同控制***，包括：图像采集模块、传感器模块、通信模块、控制模块和存储模块，其中：图像采集模块与存储模块相连传输视觉信息，传感器模块与存储模块相连传输感知信息，通信模块与存储模块相连传输通信组内的智能体的状态信息，控制模块与存储模块相连传输智能体的自身状态信息和环境信息。本发明建立了实际的多智能体协同控制***，封装了多智能体所需的感知，通信，决策和控制等功能的基本特征，按照模块化设计思想设计并实现***；***具备良好的通用性，其实现不依赖于具体的硬件***，按照上述体系结构进行设计实现，可以很快的在各种硬件平台上搭建起多智能体***。

Description

多智能体协同控制***

技术领域

本发明涉及的是一种通信技术领域的***，具体是一种多智能体协同控制***。

背景技术

多智能体***(Multi-Agent System，MAS)是当今通信领域和控制领域相结合的研究热点。多智能体技术的应用领域非常广阔，包括智能机器人***，交通控制，制造***，分布式决策***等多个方面。其中的智能体被认为是一个物理或抽象的、能在一定环境下运行的实体，它能作用于自身和环境，并对环境做出反应。而多智能体***是由多个单智能体组成的集合，该***可以协调一组智能体的行为，以协同地完成一个任务或求解问题。

在近些年的研究中，人们针对多智能体协同控制中的路径规划，协作定位和协同避障等问题分别提出了许多理论和方法，进行仿真验证，也有不同程度的实际应用。但是，从整体的角度上整合各项技术，设计实用的多智能体协同控制***，却是目前研究中较少涉及的领域。

经对现有文献检索发现，中国专利申请号为：200710044222.3，名称为：基于多智能体和非适应性行为的微观交通仿真***，该技术提出了一种具有精确行为描述的交通实体和高效的行为计算模型的微观交通仿真***。中国专利申请号为：200810207315.8，名称为：多智能体区域道路交叉口信号集成控制仿真***，该技术提出了一种具有多层体系结构的各控制器具有动态调整能力的区域道路交叉口信号集成控制仿真***。但是以上技术都只是涉及了多智能体协同控制的仿真层面，并没有建立实际的***。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多智能体协同控制***。本发明通过模块化设计思想和多线程编程方式，设计出功能完善，可用性强的基本模块，建立的多智能体协同控制***能够为协同控制的理论研究提供实际***的支持，同时可以作为应用方案推广的初期测试平台。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：图像采集模块、传感器模块、通信模块、控制模块和存储模块，其中：图像采集模块与存储模块相连传输视觉信息，传感器模块与存储模块相连传输感知信息，通信模块与存储模块相连传输通信组内的智能体的状态信息，控制模块与存储模块相连传输智能体的自身状态信息和环境信息。

所述的图像采集模块实现对外界环境的视觉感知。

所述的传感器模块包括：数据采集模块和自定位模块，其中：数据采集模块与存储模块相连传输感知信息，数据采集模块与自定位模块相连传输速度信息和方位信息，自定位模块与存储模块相连传输智能体当前的位置信息。

所述的数据采集模块包括：红外传感器、超声波传感器、电子罗盘、碰撞传感器和测速传感器，其中：红外传感器与存储模块相连传输红外传感器测得的距离信息，超声波传感器与存储模块相连传输超声波传感器测得的距离信息，电子罗盘与存储模块相连传输角度信息，碰撞传感器与存储模块相连传输碰撞信息，测速传感器与存储模块相连传输智能体的速度信息，测速传感器与自定位模块相连传输智能体的速度信息，电子罗盘与自定位模块相连传输角度信息。

所述的通信模块包括：服务器端通信模块和客户端通信模块，其中：服务器端通信模块与存储模块无线相连传输作为服务器的智能体的状态信息，客户端通信模块与存储模块无线相连传输作为客户的智能体的状态信息，服务器端通信模块与客户端通信模块无线相连互相交换智能体的状态信息。

所述的控制模块包括：决策子模块和执行子模块，其中：决策子模块与执行子模块相连传输控制命令信息，决策子模块与存储模块相连传输环境信息和多智能体状态信息，执行子模块与存储模块相连传输行为信息。

所述的存储模块包括：环境信息存储器和多智能体状态存储器，其中：环境信息存储器分别与图像采集模块和传感器模块相连传输环境信息，多智能体状态存储器分别与传感器模块、通信模块和控制模块相连传输多智能体状态信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)建立了实际的多智能体协同控制***，封装了多智能体所需的感知，通信，决策和控制等功能的基本特征，按照模块化设计思想设计并实现***；(2)***具备良好的通用性，其实现过程不依赖于具体的硬件***，按照上述体系结构进行设计实现，实现简单，可以很快的在各种硬件平台上搭建起多智能体***。

附图说明

图1是实施例的***组成示意图；

其中：1-图像采集模块，2-传感器模块，3-通信模块，4-控制模块，5-存储模块，6-数据采集模块，7-自定位模块，8-服务器端通信模块，9-客户端通信模块，10-决策子模块，11-执行子模块，12-环境信息存储器，13-多智能体状态存储器。

图2是实施例的硬件***结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进一步描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例包括：图像采集模块1、传感器模块2、通信模块3、控制模块4和存储模块5，其中：图像采集模块1与存储模块5相连传输视觉信息，传感器模块2与存储模块5相连传输感知信息，通信模块3与存储模块5相连传输通信组内的智能体的状态信息，控制模块4与存储模块5相连传输智能体的自身状态信息和环境信息。

所述的图像采集模块1是摄像头，其实现对外界环境的视觉感知。

所述的传感器模块2，包括：数据采集模块6和自定位模块7，其中：数据采集模块6与存储模块5相连传输感知信息，数据采集模块6与自定位模块7相连速度信息和方位信息，自定位模块7与存储模块5相连传输智能体当前的位置信息。

所述的数据采集模块6包括：红外传感器、超声波传感器、电子罗盘、碰撞传感器和测速传感器，其中：红外传感器与存储模块5相连传输红外传感器测得的距离信息，超声波传感器与存储模块5相连传输超声波传感器测得的距离信息，电子罗盘与存储模块5相连传输角度信息，碰撞传感器与存储模块5相连传输碰撞信息，测速传感器与存储模块5相连传输智能体的速度信息，测速传感器与自定位模块7相连传输智能体的速度信息，电子罗盘与自定位模块7相连传输角度信息。

所述的通信模块3，包括：服务器端通信模块8和客户端通信模块9，其中：服务器端通信模块8与存储模块5无线相连传输作为服务器的智能体的状态信息，客户端通信模块9与存储模块5无线相连传输作为客户的智能体的状态信息，服务器端通信模块8与客户端通信模块9无线相连互相交换智能体的状态信息。

本实施例中通信模块3是两个TL-WN510G的54M无线网卡。

所述的控制模块4，包括：决策子模块10和执行子模块11，其中：决策子模块10与执行子模块11相连传输控制命令信息，决策子模块10与存储模块5相连传输环境信息和多智能体状态信息，执行子模块11与存储模块5相连传输行为信息。

本实施例中控制模块4是ATOM主板、ARM板和12V空心杯减速电机。

所述的存储模块5，包括：环境信息存储器12和多智能体状态存储器13，其中：环境信息存储器12分别与图像采集模块1和传感器模块2相连传输环境信息，多智能体状态存储器13分别与传感器模块2、通信模块3和控制模块4相连传输多智能体状态信息。

本实施例中存储模块5是ARM板和ATOM(凌动)主板。

本实施例的硬件***结构连接图如图2所示，其中：ATOM主板通过串口与ARM板相连，ATOM主板通过USB与摄像头相连，ATOM主板通过PCI与无线网卡相连，ARM板通过RS485总线分别与超声波传感器、红外传感器、电子罗盘、碰撞传感器、测速传感器和空心杯减速电机相连。

所述的ARM板实现对12V空心杯减速电机驱动和传感器数据的读取。

所述的ATOM主板实现数据的存储和处理，电机的运动控制和自定位。

本实施例的工作过程是：

第一步，打开电源开关，启动设备，分别对图像采集模块1、传感器模块2、通信模块3、控制模块4和存储模块5进行初始化。

所述的图像采集模块1初始化是指：启动摄像头，调整摄像头角度至水平正前方。

所述的传感器模块2初始化，包括：启动红外传感器、超声波传感器、电子罗盘、碰撞传感器和测速传感器，定义各传感器所需的变量、常量和数据类型。

所述的通信模块3初始化，包括以下步骤：

1)定义多智能体之间的通信结构；

2)根据通信结构确定每个智能体在网络中的角色；

3)客户端通信模块9向指定的服务器端通信模块8发送连接请求；

4)服务器端通信模块8做出响应，连接建立，生成Socket通道。

所述的控制模块4初始化包括：将控制方法布置入决策子模块10和将12V空心杯减速电机速度清零。

所述的存储模块5初始化是定义环境信息存储器12和多智能体状态存储器13，对ARM板和ATOM主板的标准数据存储，XML文件进行初始化。

第二步，同时启动图像采集模块1、传感器模块2和通信模块3。

所述的图像采集模块1启动后，循环执行以下步骤：

1)以设定的频率采集摄像头获得的图像；

2)使用目标识别方法对图像进行处理；

3)将处理结果发送给环境信息存储器12，且返回1)。

所述的传感器模块2启动后，循环执行以下步骤：

1)以设定的频率执行数据采集模块6，包括红外传感器、超声波传感器、电子罗盘、碰撞传感器和测速传感器的数值读取；

2)将所有类型的传感器数据值发送给环境信息存储器12，同时将电子罗盘和测速传感器的数值发送给自定位模块7；

3)自定位模块7输出当前时刻智能体的位置坐标，发送给多智能体状态存储器13，且返回1)。

所述的通信模块3启动后，循环执行以下步骤：

1)客户端请求：客户端通信模块9向服务器端通信模块8发送获取其状态数据的请求命令；

2)服务器端响应：服务器端通信模块8接受请求并调取多智能体状态存储器13中与自身相关的部分发送给客户端通信模块9；

3)客户端处理：客户端通信模块9收到信息并存入自己的多智能体状态存储器13的相关部分；

4)客户端回应：客户端通信模块9将多智能体状态存储器13中与自身相关的部分传送给服务器端通信模块8；

5)服务器端处理：服务器端通信模块8收到信息并存入自己的多智能体状态存储器13的相关部分；

6)服务器端确认：服务器端通信模块8向客户端通信模块9发送完成数据交互的信号量，且返回1)。

第三步，在第二步中所述的三个模块启动一秒之后，启动控制模块4。

所述的控制模块4启动后，循环执行以下步骤：

1)决策子模块10读取环境信息存储器12和多智能体状态存储器13中的环境信息和多智能体信息；

2)决策子模块10根据***任务对上一步获取的数据进行分析，将控制命令发送给执行子模块11；

3)执行子模块11依据收到的控制命令做出相应的行为；

4)执行子模块11将行为信息发送给多智能体状态存储器13，且返回1)。

第四步，多智能体协同控制***的任务完成后，退出***，包括以下步骤：

1)决策子模块10根据任务要求判断出任务已完成后，发送停止命令给执行子模块11；

2)执行子模块11将12V空心杯减速电机速度设置为零；

3)执行子模块11将行为信息发送给多智能体状态存储器13；

4)决策子模块10根据更新的多智能体状态存储器中的信息，做出退出***的决策，关闭应用程序。

本实施例的优点：(1)采用分层结构。上层ATOM主板装载Windows XP***，多智能体协同控制***的软件部分运行于此***中；下层的摄像头负责采集图像信息，无线网卡负责建立无线网络，ARM板连接各传感器和12V空心杯减速电机，负责收集传感器数据和电机驱动。该结构的优点在于将数据采集和电机驱动对于***平台抽象化，提高***的开发效率。(2)***的构建方法简单，易于实现。

Claims

1.一种多智能体协同控制***，其特征在于，包括：图像采集模块、传感器模块、通信模块、控制模块和存储模块，其中：图像采集模块与存储模块相连传输视觉信息，传感器模块与存储模块相连传输感知信息，通信模块与存储模块相连传输通信组内的智能体的状态信息，控制模块与存储模块相连传输智能体的自身状态信息和环境信息；

2.根据权利要求1所述的多智能体协同控制***，其特征是，所述的图像采集模块是摄像头。

3.根据权利要求1所述的多智能体协同控制***，其特征是，所述的传感器模块包括：数据采集模块和自定位模块，其中：数据采集模块与存储模块相连传输感知信息，数据采集模块与自定位模块相连传输速度信息和方位信息，自定位模块与存储模块相连传输智能体当前的位置信息。

4.根据权利要求3所述的多智能体协同控制***，其特征是，所述的数据采集模块包括：红外传感器、超声波传感器、电子罗盘、碰撞传感器和测速传感器，其中：红外传感器与存储模块相连传输红外传感器测得的距离信息，超声波传感器与存储模块相连传输超声波传感器测得的距离信息，电子罗盘与存储模块相连传输角度信息，碰撞传感器与存储模块相连传输碰撞信息，测速传感器与存储模块相连传输智能体的速度信息，测速传感器与自定位模块相连传输智能体的速度信息，电子罗盘与自定位模块相连传输角度信息。

5.根据权利要求1所述的多智能体协同控制***，其特征是，所述的控制模块包括：决策子模块和执行子模块，其中：决策子模块与执行子模块相连传输控制命令信息，决策子模块与存储模块相连传输环境信息和多智能体状态信息，执行子模块与存储模块相连传输行为信息。

6.根据权利要求1所述的多智能体协同控制***，其特征是，所述的存储模块包括：环境信息存储器和多智能体状态存储器，其中：环境信息存储器分别与图像采集模块和传感器模块相连传输环境信息，多智能体状态存储器分别与传感器模块、通信模块和控制模块相连传输多智能体状态信息。