未知環境合作搜尋策略

先前章節的介紹，虛擬區域劃分策略主要適用於預先知道場地大小，然後才 能對場地做虛擬的劃分，但是如果預先並不能知道場地的大小，虛擬區域劃分策

略將無法使用，所以本小節另外提出一個合作策略來提供未知環境的使用。

Robot individual area Inter-robot communication

r

(1) 各機器人透過ZigBee無線通訊進行資訊交換，訊息內容為各機器人的座標(由

馬達Encoder取得)和狀態(是否發現目標物)，然後短暫的儲存幾筆其他機器人 的座標資訊，再把座標各換算成單獨區域，相對於幾筆暫存的座標就可以顯 示成一個小區域(暫存座標的點數選擇將在下小節5.2.1做詳細的說明)。

(2) 各機器人透過比對此小區域是否和其他機器人有相重疊到，若有重疊到就進 行避開的動作。而座標換算成單獨區域的大小，則使用先前章節4.3所介紹的 機器人個人區域100cm，暫存座標經過一段時間後將會更新一次。在此把透 過ZigBee無線通訊產生合作的行為歸類為群體行為。

4.4.1 群體行為設計

使用動態區域劃分策略時，在機器人之間的合作溝通、協調上，預計會遇到 兩種狀況，分別為:

(1) 如果有兩台以上機器人的短暫座標區域，互相重疊到，將設計 dynamic inter-robot avoidance 行為來處理此種狀況。

(2) 各機器人的短暫座標區域都處於不同位置，將設計 dynamic robot wander 行 為來處理此種狀況。

z dynamic robot wander 行為

如圖 4-17所示，圓圈代表機器人對其他機器人短暫紀錄的座標資訊所換算 的單獨區域，而每台機器人按照所記錄的座標點數將會有相對應的小區域，

Robot2 透過通訊得知Robot1 走過的座標，經由內部換算得到一小區域，Robot2 下一刻將避免往Robot1 目前的區域行進，會進行轉向的動作，透過此群體行為 將可以使原本已分散在環境中的機器人持續維持分散的狀態。

r

圖 4-17 dynamic robot wander 行為示意圖 z dynamic inter-robot avoidance 行為

如圖 4-18所示，圓圈代表機器人對其他機器人短暫紀錄的座標資訊所換算 的單獨區域，而每個機器人按照所記錄的座標點數將會有相對應的小區域，

Robot2 比對自己目前的座標和Robot1 走過的小區域，發現有重疊到，此時將進 行轉向的動作，以避開Robot1 的區域，透過此群體行為將可以解決當雙方機器 人再區域有所重疊時的狀況。

Target

Robot individual area Inter-robot communication r

Robo1 t

Robot 2 Robot1

Robot2

bot 2Ro

圖 4-18 dynamic inter-robot avoidance 行為示意圖

4.4.2 個別行為設計

個別行為的設計如同先前章節4.3.2虛擬區域劃分策略的介紹，機器人具備 有找尋目標物的能力、環境避障的能力，以及在環境中探索的能力，而分別設計 有find target、obstacle avoidance、wander等個別行為，在此將不再詳細介紹。

4.4.3 整合群體行為與個別行為之合作搜尋架構

如圖 4-19所示，為動態區域劃分策略所相對應的基於行為模式之多機器人 合 作 搜 尋 架 構 ， 首 先 透 過 機 器 人 間 通 訊 可 以 得 知 目 前 為 執 行 搜 救 任 務 (exploring)，同時可能產生群體行為(dynamic robot wander、dynamic inter-robot avoidance )，而機器人本身則透過環境感測可能產生三個個別行為(find target、

obstacle avoidance、wander)，最後同時出現的行為，透過優先權(priority)的比較 來產生最後的行為輸出(v、w)，而圖中priority1 代表最高優先權，priority5 代表 最低優先權。

z 行為輸出說明

透過範例來說明合作搜尋架構的行為選擇輸出，如圖 4-20所示，透過 ZigBee通訊交換訊息後，Robot2 座標跟Robot1 短暫記憶的區域重疊到，所以對 Robot1 產生dynamic inter-robot avoidance的群體行為，而Robot2 本身正前方感測 到障礙物，產生obstacle avoidance的個別行為，目前有兩個不同的行為產生，比 對各行為的優先權高低，最後由優先權最高的obstacle avoidance行為輸出，當成 是機器人目前所要執行的動作，如圖 4-21所示。

Inter-robot communication

dynamic robot wander

exploring

Behavior output Based on

priority find target

obstacle avoidance

compasslaser

color-detect color-detect ultrasonic

compass

Individual behavior Group behavior

mission

Priority 1 High priority Priority 5 Low priority dynamic inter-robot

avoidance

Priority4

圖 4-19 基於行為模式之多機器人合作搜尋架構(動態區域劃分策略)

Target

Robot individual area Inter-robot communication

r

Robo1 t

Robo

t 2

Robot2

Group behavior:

1.

(with robot 1) Individual behavior:

1. obstacle avoidance dynamic inter-robot avoidance

Robot1

圖 4-20 行為選擇範例(動態區域劃分策略)

圖 4-21 行為選擇範例說明(動態區域劃分策略)