6、集体机器人系统的可靠性与容错性

集体机器人系统的可靠性与容错性

1. 引言

集体机器人系统（即多机器人团队）相较于单机器人系统具有诸多潜在优势，例如：
- 通过并行操作提高任务完成速度。
- 为空间、时间或功能上具有分布式特性的任务提供更优解决方案。
- 借助多个专业机器人解决复杂应用问题，成本更低。
- 通过冗余设计增强系统的鲁棒性和可靠性。

然而，集体机器人系统也面临一些挑战，如缺乏集中控制和全局信息库，导致系统管理困难；需要更多通信来协调机器人；机器人数量增加会引发更高程度的干扰；系统整体状态的不确定性增加。若处理不当，这些问题会使集体系统变得不可靠且易出现故障。不过，目前已开发出多种技术来实现集体机器人系统的优势，并应对其可能存在的劣势。

2. 背景知识

即使是精心设计和测试的机器人，在某些情况下也可能出现异常行为。因此，机器人需要监控自身性能，以便及时发现并处理与预期行为的偏差。设计可靠且鲁棒的集体机器人系统，需要解决一系列相互关联的问题，包括：
- 如何检测机器人是否发生故障。
- 如何诊断和识别机器人故障。
- 如何对机器人故障做出响应（即恢复）。

在某些情况下，机器人集体可以设计为具有内在的鲁棒性，即无需对故障进行明确推理。但即便如此，设计者仍需分析和处理可能出现的各种故障，以设计出鲁棒的控制解决方案。常见术语定义如下：
|术语|定义|
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|故障|机器人系统偏离预期行为的情况。在某些应用中，故障的判定是二元的；而在其他应用中，可衡量从正常到完全故障的不同程度。|
|可靠性|设备、系统或过程在规定环境下正确运行时，在