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1.1 研究動機與目的
相較於單一機器人系統，多機器人系統可藉由團體的合作協調能力，來補足 單一機器人系統的缺點，例如擁有更多的錯誤容忍率、更多的彈性、更簡單的機 器人設計及更好的性能展示等，所以多機器人系統的研究越來越受重視。
目前有許多與多機器人相關的研究主題，例如多機器人合作定位[1]、多機 器人環境探索[2][3]、多機器人合作搬運[4]、多機器人足球[5]、多機器人清潔[6]
等，以上相關任務需求都必須依靠多機器人間的協調合作來完成。
而近年來，多機器人系統也陸續被應用在執行危險的任務，其中以災區搜救 應用最為廣泛，讓機器人團隊深入災區，在人類或大型器械無法進入的斷垣殘壁 裡進行搜索的工作，特別一提的是，著名的日本機器人聯盟RoBoCup每年定期會 舉辦各式不一樣的機器人競賽，其中還特別分出一個RoBoCup Rescue的比賽，
其中包括真實現場的搜救，提供一個類似災難現場的環境，各參賽團隊使用自己 所設計的機器人平台來執行救援任務，透過比賽將可考驗機器人合作的能力、機 器人的環境感測能力、機器人定位能力、機器人機構設計能力等，其中最重要的 就是多機器人合作部份，由於搜尋環境範圍很大以及環境中障礙物相當複雜，所 以單一機器人並不能勝任，必須透過多機器人合作協調才能完成任務，這也是比 賽最終的目的，期望各團隊往多機器人系統以及機器人自主去發展。
以上所介紹的皆仰賴多機器人間的互助合作來完成，因此只要機器人本身自 主行為的選擇以及合作策略有良好的設計的話，不需要功能複雜的單一機器人，
只要搭配一些配備單純且動作靈活的機器人，即可達成上述的實用功能，因此基 於行為選擇以及合作策略的多機器人自主系統將有相當不錯的功能，這促使了本 論文之研究動機。
1.2 研究背景與發展現況
有關多機器人合作應用在分散式機器人上，目前已經有相當多的研究成果，
其中與救援機器人相關的主題乃屬於環境探索和搜尋，而近年來，在環境探索或 搜尋研究領域中，主要區分為單機器人環境探索[7][8]，以及多機器人環境探索，
並且分別針對已知環境和未知環境來做探討，其中透過多機器人間的合作搜尋最 為大家所探討。有關利用群組機器人來對地形做探索[9]-[11]，主要解決機器人 在探索中所產生的定位累積誤差問題，首先把環境區分為許多條狀，再透過機器 人本身的感測，當其中一台機器人移動時，另一台機器人則保持靜止狀態並且觀 察移動中的機器人，利用此關係來降低所造成的累積誤差問題以及執行探索任 務，但缺點為各機器人間必須非常靠近彼此，如此才能透過視覺來感測對方。
在多機器人合作探索方面，Kong et al.[12]利用所設計的搜尋演算法，使群 組式自主機器人在未知環境中隨機搜尋目標物，採用基於行為模式之控制方式，
演算法由五個自行設計的行為組成，其中包含合作部份的行為以及機器人自主行 為，透過此演算法使五台機器人在未知環境中做搜尋目標物的任務，缺點是並沒 有 去 探 討 和 比 較 所 設 計 的 演 算 法 其 改 善 搜 尋 效 率 的 程 度 。Anderson and Papanikolopoulos [13]也是解決在未知環境中搜尋，並且有加入地圖建立的功能，
同樣利用基於行為模式之控制方式來設計搜尋演算法。
目前也有許多研究專注於多機器人合作架構的設計，Grabowski et al.[14]考 慮到單一機器人在感測的距離限制，因此利用領導者的架構來統整所有機器人的 感測資訊，然後再分別引導其他機器人做閃避障礙物的動作和前往未搜尋過的區 域。Jung and Zelinsky [15]設計基於行為模式之分散式行為控制架構，成功應用 在多機器人合作清潔的任務。
而搜救機器人在遠端監控也扮演相當重要的角色[16]，機器人採取基於行為 模式之控制方式達到自主搜尋的動作，同時回傳感測資訊和狀態給遠端監控人 員，遇到特殊狀況時，則切換成操控者搖控，由實驗結果分析，利用人類半輔助
式的機器人自主搜尋也可以提高整體的搜尋效率。
1.3 問題陳述
1、機器人自主能力以及行為控制問題
有別於遙控機器人，沒有使用者來對機器人下達控制命令，機器人本身必須 透過對環境的感測做出適當的行為動作，所以自主能力的好壞，決定於行為控制 架構的設計以及感測器的應用，同時基於監控機器人的需要，在多機器人系統中 必須依賴無線網路，回傳目前各機器人的狀態、感測資訊以及提供機器人之間的 溝通，因此本論文第一部分的研究重點在於:
(1) 機器人自主行為能力的建立。
(2) 多機器人無線網路架構的設計。
2、合作策略與行為控制整合於目標物搜尋
單一機器人具備了自主能力後，將可以執行簡單的任務，但是當所要執行的 任務比較複雜時，則必須透過多機器人來完成，以搜救機器人為例，機器人在複 雜環境中找尋生還者，搜尋時間要越快越好，所以機器人間的合作協調將非常重 要，必須透過完整的合作策略設計，使多機器人在搜尋過程中能夠互相資源分 享，而主要目的是讓機器人可以有效的分散在環境中，最後使整體的搜尋效率提 升，由以上的描述，本論文下一步探討的研究在於:
(1) 如何設計合作策略來應付不一樣的搜尋環境，包含已知環境和未知環境。
(2) 所設計的合作策略如何轉換成相對應的行為優先權控制架構，最後實現在多 機器人搜尋目標物任務。
1.4 研究方法與步驟
1、機器人自主能力以及行為控制問題
(1) 首 先 需 建 立 硬 體 電 路 以 及 感 測 電 路 ， 以 數 位 訊 號 處 理 器 (digital signal processor，DSP)為控制核心，感測電路方面透過單晶片 8051、影像處理板和 筆記型電腦接收感測值，最後提供給DSP 上的決策系統作為判斷依據，機器 人無線通訊方面，以ZigBee 網路為基礎，建立網狀拓撲網路，配合遠端電腦 的人機介面，達到遠端監控的功能。
(2) 機器人的行為控制上採用基於行為模式的控制方法，透過環境感測產生不一 樣的個別行為，最後使用優先權的比較機制，決定最後所要輸出的行為，讓 機器人可以達到自主的功能。
2、合作策略與行為控制整合於目標物搜尋
(1) 依造對環境的認知來設計合作搜尋的策略，分別為已知環境和未知環境，已 知環境方面，因為事先可以得知環境大小，所以設計虛擬區域劃分策略，對 所要搜尋的區域先做虛擬劃分，機器人互相交換此資訊，最終目的使機器人 可以分散在環境中搜尋。
(2) 未知環境方面，因為沒有環境資訊，所以另外設計動態區域劃分策略，透過 短暫的座標記憶，再換算成單獨個別小區域，機器人互相交換此資訊，最終 目的使機器人可以分散在環境中搜尋，。
(3) 透過合作策略的設計產生群體行為，而機器人自主方面產生個別行為，不同 類型的行為最後透過比較優先權的機制來決定最後行為的輸出，另外結合 ZigBee 無線網路，設計基於行為模式之多機器人合作搜尋架構，讓多機器人 可以透過此架構的運作，執行搜尋目標物的任務，並且改善搜尋效率。
1.5 論文架構
本論文共分為六章，第一章旨在簡述研究動機、目的、背景與發展，並陳述 所要研究的問題、方法、步驟。第二章介紹機器人平台，並說明整體系統架構，
包含使用的硬體元件規格、感測器元件、連接方式，以及感測器應用於機器人平 台。第三章描述ZigBee無線網路，並且說明如何應用到機器人系統上。第四章說 明合作策略以及行為控制的結合，分別依照已知環境和未知環境做策略設計，最 後建構基於行為模式之多機器人合作搜尋架構。第五章為模擬和實驗結果，首先 模擬第四章所設計的合作策略，分別透過不一樣的模擬場地來應證策略使用的可 行性，最後透過實驗，把策略實現在機器人平台上，由實驗結果分析有、無使用 合作策略對搜尋效率的影響。第六章對本論文做一個結論，並提出未來可以再發 展之方向。