算法帮助蜂群机器人避免碰撞，交通堵塞

为了让自动驾驶汽车成为日常生活中的现实，它们需要安全、完美地相互行驶，而不会发生碰撞或造成不必要的交通堵塞。为了让这一切成为可能，西北大学研究人员开发了一种无碰撞、无死锁保证的分散算法。

研究人员在模拟1024个机器人和实验室里的100个真实机器人群中测试了该算法。机器人在不到一分钟的时间内安全高效地聚合成预先确定的形状。

“如果路上有很多自动驾驶汽车，你不希望它们相互碰撞或陷入僵局，”西北工程公司的研究人员说迈克尔·鲁宾斯坦他领导了这项研究。“通过了解如何控制我们的蜂群机器人形成形状，我们可以了解如何在自动驾驶车辆相互交互时控制它们。”

鲁宾斯坦是西北大学麦考密克工程学院计算机科学和机械工程的Lisa Wissner-Slivka和Benjamin Slivka教授。他也是西北大学的一员机器人和生物系统中心．

一群小型机器人——相对于一个大型机器人或由一个领头机器人组成的一群机器人——的优势在于缺乏集中控制，这可能很快成为一个中心故障点。鲁宾斯坦的去中心化算法起到了故障保险的作用。

鲁宾斯坦说:“如果系统是集中的，机器人停止工作，那么整个系统就会失效。”“在一个去中心化的系统中，没有领导者告诉所有其他机器人该做什么。每个机器人都有自己的决定。如果一个机器人在蜂群中失败了，蜂群仍然可以完成任务。”

不过，机器人需要协调以避免碰撞和僵局。为了做到这一点，算法将机器人下方的地面视为一个网格。通过使用类似GPS的技术，每个机器人都知道自己在网格上的位置。

在决定移动到哪里之前，每个机器人都使用传感器与相邻机器人进行通信，确定网格内附近的空间是否空置或被占用。

鲁宾斯坦说:“机器人拒绝移动到一个地方，直到那个地方是空闲的，直到它们知道没有其他机器人移动到同一个地方。”“他们很小心，会提前预定位置。”

即使有了所有这些精心的协调，机器人仍然能够交流，并迅速移动形成一个形状。鲁宾斯坦通过让机器人保持近视眼来实现这一点。

鲁宾斯坦解释说:“每个机器人只能感知三到四个最近的邻居。”“它们无法看到整个蜂群，这使得它更容易扩展系统。机器人在没有全球信息的情况下进行本地交互，从而做出决策。”

例如，在鲁宾斯坦的蜂群中，100个机器人可以在一分钟内协调形成一个形状。在以前的一些方法中，可能需要整整一个小时。鲁宾斯坦设想，他的算法可以用于无人驾驶汽车车队和自动化仓库。

他说:“大公司的仓库里有数百个机器人，它们做的任务与我们的机器人在实验室里做的类似。”“他们需要确保他们的机器人不会发生碰撞，而是尽可能快地移动，到达最终将物体交给人类的地点。”

西北大学

www.northwestern.edu

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程机器人的故事．

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