15、基于协调成本的自适应机器人通信

基于协调成本的自适应机器人通信

1 引言

机器人团队在完成任务时，相较于单个机器人往往更高效、更稳健。然而，在诸如机器人搜索救援、排雷、吸尘和垃圾清理等领域，机器人的活动空间有限，容易发生碰撞。为了维持团队的凝聚力，信息传递有助于促进机器人团队的协同行为，更好地完成任务。

但通信是有成本的，包括时间和能量的消耗，这可能会降低系统性能。不同的通信方案适用于不同的环境条件，没有一种通信方法能始终保持最佳效果。因此，找到一种在不同通信协议之间切换的机制，以适应特定环境，是提高通信在协调中应用效果的关键。

本文提出了一种自适应通信框架，通过协调成本度量来量化协调活动所消耗的所有资源，包括通信所花费的时间和能量。基于此，我们提出了两种新颖的与领域无关的自适应通信方法，并通过大量的多机器人觅食实验进行评估，结果显示使用这些自适应方法的团队生产率显著提高。

2 相关工作

为机器人团队选择最佳的通信方法是一个重大挑战。目前常见的通信方法可分为无通信、局部通信和集中式通信三类：
- 无通信方法 ：可以通过观察其他成员对环境的改变来采取行动，如Stigmergy概念。这种方法具有较好的适应性、鲁棒性和可扩展性，且可在简单机器人上实现。但它需要强大而准确的传感能力，并且在动态领域中，其生产率并非总是最高。
- 局部通信方法 ：旨在通过机器人之间的局部信息交换来提高团队性能。例如，Jäger和Nebel的方法在机器人即将碰撞时停止并交换轨迹信息，但在超过五个机器人的团队中表现不佳；而Mataric的局部通信方案在团队规模扩大时仍能保持良好的扩展性，原因在于其机器人在