20、多机器人系统比例调节模型研究

多机器人系统比例调节模型研究

1. 引言

合作式多机器人系统是机器人学中极具吸引力的研究领域之一。许多研究者受生物系统启发，利用真实机器人系统分析其性能。群居动物常展现出超越个体能力简单总和的高级功能，尤其是蚂蚁、蜜蜂和白蚁等社会性昆虫，它们具有群体形成、年龄多态性、群体觅食等显著行为。这些群体行为的关键在于无需特殊个体控制，群体行为具有适应性、灵活性和对环境干扰的鲁棒性，群体中的同质个体通过直接视觉信息或化学物质（如信息素）相互作用实现集体行为。

我们关注的是劳动分工和种群比例调节。在社会性昆虫社会中，劳动分工至关重要，且为了高效工作，会观察到种群比例调节现象。在多机器人系统研究中，劳动分工也是一个有吸引力的话题。当系统需要自主协作执行复杂任务时，考虑劳动分工和比例调节非常重要。本文提出了一种同质多机器人系统中种群比例调节的可变概率模型，该模型将状态转移率与相应任务执行产生的外部材料相结合。

2. 劳动分工与比例调节模型

社会性昆虫中广泛存在劳动分工现象，许多研究者对此感兴趣并研究了多个数学模型。
- 响应阈值模型 ：Bonabeau 等人基于响应阈值开发了一个简单数学模型。在该模型中，每个个体对每个任务都有一个响应阈值，当内部刺激超过任务阈值时，个体就会参与该任务。基于此模型的一些实验研究表明，同质机器人组能有效分为觅食机器人和非活动机器人。但如果阈值差异小，可能会出现“振荡”现象。
- 非线性动力学模型 ：该模型主要关注盘基网柄菌蛞蝓的细胞分化，所有细胞分为柄前细胞和孢子前细胞两种类型，分化具有灵活性且两者比例几乎恒定。在这个模型中，每个元素有两个内部变量