專利名稱：多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種通信技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多智能體系統(tǒng)(Multi-Agent System, MAS)是當(dāng)今通信領(lǐng)域和控制領(lǐng)域相結(jié)合的 研究熱點。多智能體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，包括智能機器人系統(tǒng)，交通控制，制造系統(tǒng)， 分布式?jīng)Q策系統(tǒng)等多個方面。其中的智能體被認為是一個物理或抽象的、能在一定環(huán)境下 運行的實體，它能作用于自身和環(huán)境，并對環(huán)境做出反應(yīng)。而多智能體系統(tǒng)是由多個單智能 體組成的集合，該系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)一組智能體的行為，以協(xié)同地完成一個任務(wù)或求解問題。在近些年的研究中，人們針對多智能體協(xié)同控制中的路徑規(guī)劃，協(xié)作定位和協(xié)同 避障等問題分別提出了許多理論和方法，進行仿真驗證，也有不同程度的實際應(yīng)用。但是， 從整體的角度上整合各項技術(shù)，設(shè)計實用的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，卻是目前研究中較少 涉及的領(lǐng)域。經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?200710044222. 3，名稱為基于多智 能體和非適應(yīng)性行為的微觀交通仿真系統(tǒng)，該技術(shù)提出了一種具有精確行為描述的交通實 體和高效的行為計算模型的微觀交通仿真系統(tǒng)。中國專利申請?zhí)枮?200810207315. 8，名稱 為多智能體區(qū)域道路交叉口信號集成控制仿真系統(tǒng)，該技術(shù)提出了一種具有多層體系結(jié) 構(gòu)的各控制器具有動態(tài)調(diào)整能力的區(qū)域道路交叉口信號集成控制仿真系統(tǒng)。但是以上技術(shù) 都只是涉及了多智能體協(xié)同控制的仿真層面，并沒有建立實際的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)。 本發(fā)明通過模塊化設(shè)計思想和多線程編程方式，設(shè)計出功能完善，可用性強的基本模塊，建 立的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)能夠為協(xié)同控制的理論研究提供實際系統(tǒng)的支持，同時可以作 為應(yīng)用方案推廣的初期測試平臺。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明包括圖像采集模塊、傳感器模塊、通信模塊、控制模塊和存儲模塊，其中 圖像采集模塊與存儲模塊相連傳輸視覺信息，傳感器模塊與存儲模塊相連傳輸感知信息， 通信模塊與存儲模塊相連傳輸通信組內(nèi)的智能體的狀態(tài)信息，控制模塊與存儲模塊相連傳 輸智能體的自身狀態(tài)信息和環(huán)境信息。所述的圖像采集模塊實現(xiàn)對外界環(huán)境的視覺感知。所述的傳感器模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊和自定位模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊與存 儲模塊相連傳輸感知信息，數(shù)據(jù)采集模塊與自定位模塊相連傳輸速度信息和方位信息，自 定位模塊與存儲模塊相連傳輸智能體當(dāng)前的位置信息。所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括紅外傳感器、超聲波傳感器、電子羅盤、碰撞傳感器和 測速傳感器，其中紅外傳感器與存儲模塊相連傳輸紅外傳感器測得的距離信息，超聲波傳感器與存儲模塊相連傳輸超聲波傳感器測得的距離信息，電子羅盤與存儲模塊相連傳輸角 度信息，碰撞傳感器與存儲模塊相連傳輸碰撞信息，測速傳感器與存儲模塊相連傳輸智能 體的速度信息，測速傳感器與自定位模塊相連傳輸智能體的速度信息，電子羅盤與自定位 模塊相連傳輸角度信息。所述的通信模塊包括服務(wù)器端通信模塊和客戶端通信模塊，其中服務(wù)器端通 信模塊與存儲模塊無線相連傳輸作為服務(wù)器的智能體的狀態(tài)信息，客戶端通信模塊與存儲 模塊無線相連傳輸作為客戶的智能體的狀態(tài)信息，服務(wù)器端通信模塊與客戶端通信模塊無 線相連互相交換智能體的狀態(tài)信息。所述的控制模塊包括決策子模塊和執(zhí)行子模塊，其中決策子模塊與執(zhí)行子模 塊相連傳輸控制命令信息，決策子模塊與存儲模塊相連傳輸環(huán)境信息和多智能體狀態(tài)信 息，執(zhí)行子模塊與存儲模塊相連傳輸行為信息。所述的存儲模塊包括環(huán)境信息存儲器和多智能體狀態(tài)存儲器，其中環(huán)境信息 存儲器分別與圖像采集模塊和傳感器模塊相連傳輸環(huán)境信息，多智能體狀態(tài)存儲器分別與 傳感器模塊、通信模塊和控制模塊相連傳輸多智能體狀態(tài)信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)建立了實際的多智能體協(xié)同控制系 統(tǒng)，封裝了多智能體所需的感知，通信，決策和控制等功能的基本特征，按照模塊化設(shè)計思 想設(shè)計并實現(xiàn)系統(tǒng)；(2)系統(tǒng)具備良好的通用性，其實現(xiàn)過程不依賴于具體的硬件系統(tǒng)，按 照上述體系結(jié)構(gòu)進行設(shè)計實現(xiàn)，實現(xiàn)簡單，可以很快的在各種硬件平臺上搭建起多智能體 系統(tǒng)。


圖1是實施例的系統(tǒng)組成示意圖；其中1_圖像采集模塊，2-傳感器模塊，3-通信模塊，4-控制模塊，5-存儲模塊， 6-數(shù)據(jù)采集模塊，7-自定位模塊，8-服務(wù)器端通信模塊，9-客戶端通信模塊，10-決策子模 塊，11-執(zhí)行子模塊，12-環(huán)境信息存儲器，13-多智能體狀態(tài)存儲器。圖2是實施例的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進一步描述本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下 述的實施例。實施例如圖1所示，本實施例包括圖像采集模塊1、傳感器模塊2、通信模塊3、控制模塊 4和存儲模塊5，其中圖像采集模塊1與存儲模塊5相連傳輸視覺信息，傳感器模塊2與存 儲模塊5相連傳輸感知信息，通信模塊3與存儲模塊5相連傳輸通信組內(nèi)的智能體的狀態(tài) 信息，控制模塊4與存儲模塊5相連傳輸智能體的自身狀態(tài)信息和環(huán)境信息。所述的圖像采集模塊1是攝像頭，其實現(xiàn)對外界環(huán)境的視覺感知。所述的傳感器模塊2，包括數(shù)據(jù)采集模塊6和自定位模塊7，其中數(shù)據(jù)采集模塊 6與存儲模塊5相連傳輸感知信息，數(shù)據(jù)采集模塊6與自定位模塊7相連速度信息和方位信息，自定位模塊7與存儲模塊5相連傳輸智能體當(dāng)前的位置信息。所述的數(shù)據(jù)采集模塊6包括紅外傳感器、超聲波傳感器、電子羅盤、碰撞傳感器 和測速傳感器，其中紅外傳感器與存儲模塊5相連傳輸紅外傳感器測得的距離信息，超聲 波傳感器與存儲模塊5相連傳輸超聲波傳感器測得的距離信息，電子羅盤與存儲模塊5相 連傳輸角度信息，碰撞傳感器與存儲模塊5相連傳輸碰撞信息，測速傳感器與存儲模塊5相 連傳輸智能體的速度信息，測速傳感器與自定位模塊7相連傳輸智能體的速度信息，電子 羅盤與自定位模塊7相連傳輸角度信息。所述的通信模塊3，包括服務(wù)器端通信模塊8和客戶端通信模塊9，其中服務(wù)器 端通信模塊8與存儲模塊5無線相連傳輸作為服務(wù)器的智能體的狀態(tài)信息，客戶端通信模 塊9與存儲模塊5無線相連傳輸作為客戶的智能體的狀態(tài)信息，服務(wù)器端通信模塊8與客 戶端通信模塊9無線相連互相交換智能體的狀態(tài)信息。本實施例中通信模塊3是兩個TL-WN510G的54M無線網(wǎng)卡。所述的控制模塊4，包括決策子模塊10和執(zhí)行子模塊11，其中決策子模塊10與 執(zhí)行子模塊11相連傳輸控制命令信息，決策子模塊10與存儲模塊5相連傳輸環(huán)境信息和 多智能體狀態(tài)信息，執(zhí)行子模塊11與存儲模塊5相連傳輸行為信息。本實施例中控制模塊4是ATOM主板、ARM板和12V空心杯減速電機。所述的存儲模塊5，包括環(huán)境信息存儲器12和多智能體狀態(tài)存儲器13，其中環(huán) 境信息存儲器12分別與圖像采集模塊1和傳感器模塊2相連傳輸環(huán)境信息，多智能體狀態(tài) 存儲器13分別與傳感器模塊2、通信模塊3和控制模塊4相連傳輸多智能體狀態(tài)信息。本實施例中存儲模塊5是ARM板和AT0M(凌動)主板。本實施例的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接圖如圖2所示，其中AT0M主板通過串口與ARM板 相連，ATOM主板通過USB與攝像頭相連，ATOM主板通過PCI與無線網(wǎng)卡相連，ARM板通過 RS485總線分別與超聲波傳感器、紅外傳感器、電子羅盤、碰撞傳感器、測速傳感器和空心杯 減速電機相連。所述的ARM板實現(xiàn)對12V空心杯減速電機驅(qū)動和傳感器數(shù)據(jù)的讀取。所述的ATOM主板實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和處理，電機的運動控制和自定位。本實施例的工作過程是第一步，打開電源開關(guān)，啟動設(shè)備，分別對圖像采集模塊1、傳感器模塊2、通信模 塊3、控制模塊4和存儲模塊5進行初始化。所述的圖像采集模塊1初始化是指啟動攝像頭，調(diào)整攝像頭角度至水平正前方。所述的傳感器模塊2初始化，包括啟動紅外傳感器、超聲波傳感器、電子羅盤、碰 撞傳感器和測速傳感器，定義各傳感器所需的變量、常量和數(shù)據(jù)類型。所述的通信模塊3初始化，包括以下步驟1)定義多智能體之間的通信結(jié)構(gòu)；2)根據(jù)通信結(jié)構(gòu)確定每個智能體在網(wǎng)絡(luò)中的角色；3)客戶端通信模塊9向指定的服務(wù)器端通信模塊8發(fā)送連接請求；4)服務(wù)器端通信模塊8做出響應(yīng)，連接建立，生成Socket通道。所述的控制模塊4初始化包括將控制方法布置入決策子模塊10和將12V空心杯 減速電機速度清零。
所述的存儲模塊5初始化是定義環(huán)境信息存儲器12和多智能體狀態(tài)存儲器13，對 ARM板和ATOM主板的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲，XML文件進行初始化。第二步，同時啟動圖像采集模塊1、傳感器模塊2和通信模塊3。所述的圖像采集模塊1啟動后，循環(huán)執(zhí)行以下步驟1)以設(shè)定的頻率采集攝像頭獲得的圖像；2)使用目標(biāo)識別方法對圖像進行處理；3)將處理結(jié)果發(fā)送給環(huán)境信息存儲器12，且返回1)。所述的傳感器模塊2啟動后，循環(huán)執(zhí)行以下步驟1)以設(shè)定的頻率執(zhí)行數(shù)據(jù)采集模塊6，包括紅外傳感器、超聲波傳感器、電子羅 盤、碰撞傳感器和測速傳感器的數(shù)值讀取；2)將所有類型的傳感器數(shù)據(jù)值發(fā)送給環(huán)境信息存儲器12，同時將電子羅盤和測 速傳感器的數(shù)值發(fā)送給自定位模塊7 ；3)自定位模塊7輸出當(dāng)前時刻智能體的位置坐標(biāo)，發(fā)送給多智能體狀態(tài)存儲器 13，且返回1)。所述的通信模塊3啟動后，循環(huán)執(zhí)行以下步驟1)客戶端請求客戶端通信模塊9向服務(wù)器端通信模塊8發(fā)送獲取其狀態(tài)數(shù)據(jù)的 請求命令；2)服務(wù)器端響應(yīng)服務(wù)器端通信模塊8接受請求并調(diào)取多智能體狀態(tài)存儲器13 中與自身相關(guān)的部分發(fā)送給客戶端通信模塊9 ；3)客戶端處理客戶端通信模塊9收到信息并存入自己的多智能體狀態(tài)存儲器13 的相關(guān)部分；4)客戶端回應(yīng)客戶端通信模塊9將多智能體狀態(tài)存儲器13中與自身相關(guān)的部 分傳送給服務(wù)器端通信模塊8 ；5)服務(wù)器端處理服務(wù)器端通信模塊8收到信息并存入自己的多智能體狀態(tài)存儲 器13的相關(guān)部分；6)服務(wù)器端確認服務(wù)器端通信模塊8向客戶端通信模塊9發(fā)送完成數(shù)據(jù)交互的 信號量，且返回1)。第三步，在第二步中所述的三個模塊啟動一秒之后，啟動控制模塊4。所述的控制模塊4啟動后，循環(huán)執(zhí)行以下步驟1)決策子模塊10讀取環(huán)境信息存儲器12和多智能體狀態(tài)存儲器13中的環(huán)境信 息和多智能體信息；2)決策子模塊10根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)對上一步獲取的數(shù)據(jù)進行分析，將控制命令發(fā)送 給執(zhí)行子模塊11 ；3)執(zhí)行子模塊11依據(jù)收到的控制命令做出相應(yīng)的行為；4)執(zhí)行子模塊11將行為信息發(fā)送給多智能體狀態(tài)存儲器13，且返回1)。第四步，多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)的任務(wù)完成后，退出系統(tǒng)，包括以下步驟1)決策子模塊10根據(jù)任務(wù)要求判斷出任務(wù)已完成后，發(fā)送停止命令給執(zhí)行子模 塊11 ；2)執(zhí)行子模塊11將12V空心杯減速電機速度設(shè)置為零；
3)執(zhí)行子模塊11將行為信息發(fā)送給多智能體狀態(tài)存儲器13 ；4)決策子模塊10根據(jù)更新的多智能體狀態(tài)存儲器中的信息，做出退出系統(tǒng)的決 策，關(guān)閉應(yīng)用程序。本實施例的優(yōu)點⑴采用分層結(jié)構(gòu)。上層ATOM主板裝載Windows XP系統(tǒng)，多智 能體協(xié)同控制系統(tǒng)的軟件部分運行于此系統(tǒng)中；下層的攝像頭負責(zé)采集圖像信息，無線網(wǎng) 卡負責(zé)建立無線網(wǎng)絡(luò)，ARM板連接各傳感器和12V空心杯減速電機，負責(zé)收集傳感器數(shù)據(jù)和 電機驅(qū)動。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于將數(shù)據(jù)采集和電機驅(qū)動對于系統(tǒng)平臺抽象化，提高系統(tǒng)的開 發(fā)效率。(2)系統(tǒng)的構(gòu)建方法簡單，易于實現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于，包括圖像采集模塊、傳感器模塊、通信模塊、控制模塊和存儲模塊，其中圖像采集模塊與存儲模塊相連傳輸視覺信息，傳感器模塊與存儲模塊相連傳輸感知信息，通信模塊與存儲模塊相連傳輸通信組內(nèi)的智能體的狀態(tài)信息，控制模塊與存儲模塊相連傳輸智能體的自身狀態(tài)信息和環(huán)境信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征是，所述的圖像采集模塊是 攝像頭。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征是，所述的傳感器模塊包括 數(shù)據(jù)采集模塊和自定位模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊與存儲模塊相連傳輸感知信息，數(shù)據(jù)采集 模塊與自定位模塊相連傳輸速度信息和方位信息，自定位模塊與存儲模塊相連傳輸智能體 當(dāng)前的位置信息。
4 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征是，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包 括紅外傳感器、超聲波傳感器、電子羅盤、碰撞傳感器和測速傳感器，其中紅外傳感器與 存儲模塊相連傳輸紅外傳感器測得的距離信息，超聲波傳感器與存儲模塊相連傳輸超聲波 傳感器測得的距離信息，電子羅盤與存儲模塊相連傳輸角度信息，碰撞傳感器與存儲模塊 相連傳輸碰撞信息，測速傳感器與存儲模塊相連傳輸智能體的速度信息，測速傳感器與自 定位模塊相連傳輸智能體的速度信息，電子羅盤與自定位模塊相連傳輸角度信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征是，所述的通信模塊包括 服務(wù)器端通信模塊和客戶端通信模塊，其中服務(wù)器端通信模塊與存儲模塊無線相連傳輸 作為服務(wù)器的智能體的狀態(tài)信息，客戶端通信模塊與存儲模塊無線相連傳輸作為客戶的智 能體的狀態(tài)信息，服務(wù)器端通信模塊與客戶端通信模塊無線相連互相交換智能體的狀態(tài)信 肩、ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征是，所述的控制模塊包括決 策子模塊和執(zhí)行子模塊，其中決策子模塊與執(zhí)行子模塊相連傳輸控制命令信息，決策子模 塊與存儲模塊相連傳輸環(huán)境信息和多智能體狀態(tài)信息，執(zhí)行子模塊與存儲模塊相連傳輸行 為信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征是，所述的存儲模塊包括環(huán) 境信息存儲器和多智能體狀態(tài)存儲器，其中環(huán)境信息存儲器分別與圖像采集模塊和傳感 器模塊相連傳輸環(huán)境信息，多智能體狀態(tài)存儲器分別與傳感器模塊、通信模塊和控制模塊 相連傳輸多智能體狀態(tài)信息。
全文摘要
一種通信技術(shù)領(lǐng)域的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，包括圖像采集模塊、傳感器模塊、通信模塊、控制模塊和存儲模塊，其中圖像采集模塊與存儲模塊相連傳輸視覺信息，傳感器模塊與存儲模塊相連傳輸感知信息，通信模塊與存儲模塊相連傳輸通信組內(nèi)的智能體的狀態(tài)信息，控制模塊與存儲模塊相連傳輸智能體的自身狀態(tài)信息和環(huán)境信息。本發(fā)明建立了實際的多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)，封裝了多智能體所需的感知，通信，決策和控制等功能的基本特征，按照模塊化設(shè)計思想設(shè)計并實現(xiàn)系統(tǒng)；系統(tǒng)具備良好的通用性，其實現(xiàn)不依賴于具體的硬件系統(tǒng)，按照上述體系結(jié)構(gòu)進行設(shè)計實現(xiàn)，可以很快的在各種硬件平臺上搭建起多智能體系統(tǒng)。
文檔編號G05B15/02GK101853006SQ20101014887
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月17日
發(fā)明者關(guān)新平, 陳彩蓮, 陳棟, 龍承念 申請人:上海交通大學(xué)