一、概述 

多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統即多(duō)個智能(néng)體(tǐ)組成的集合，它的目标是将大而複雜的 系統集成設成小(xiǎo)的、彼此互相通信和協調的、易于管理(lǐ)的系統。多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控 制系統在表達實際系統時，通過各智能(néng)體(tǐ)間的通訊、合作(zuò)、互解、協調、調度、 管理(lǐ)及控制來表達系統的機構、功能(néng)及行為(wèi)特性。 

多(duō)智能(néng)體(tǐ)系統控制具(jù)有(yǒu)自主性、分(fēn)布性、協調性，并具(jù)有(yǒu)自組織能(néng)力、學(xué)習 能(néng)力和推理(lǐ)能(néng)力。采用(yòng)多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統解決實際應用(yòng)問題，具(jù)有(yǒu)很(hěn)強的魯 棒性和可(kě)靠性，并具(jù)有(yǒu)較高的問題求解效率。 

多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統是智能(néng)體(tǐ)技(jì )術應用(yòng)及研究的一個質(zhì)的飛躍，不同行業 的專家學(xué)者對之進行了深入的研究并從多(duō)個角度闡述了多(duō)智能(néng)體(tǐ)系統用(yòng)于解決 實際問題的優勢，歸納起來，主要有(yǒu)以下幾點： 

1、在多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統中(zhōng)，每個智能(néng)體(tǐ)具(jù)有(yǒu)獨立性和自主性，能(néng)夠解決給 定的子問題，自主地推理(lǐ)和規劃并選擇适當的策略，并以特定的方式影響環 境；

 2、多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統支持分(fēn)布式應用(yòng)，所以要具(jù)有(yǒu)良好的模塊性、易于擴 展性和設計靈活簡單，克服了建設一個龐大的系統所造成的管理(lǐ)和擴展的困 難，應有(yǒu)效降低系統的總成本；

 3、在多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統實現過程中(zhōng)，不追求單個龐大複雜的體(tǐ)系，而是按 面向對象的方法構造多(duō)層次、多(duō)元化的“狼蜂”智能(néng)體(tǐ)，要降低系統的複雜 性，也要降低各智能(néng)體(tǐ)問題求解的複雜性；

 4、多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統是一個講究協調的系統，各智能(néng)體(tǐ)通過互相協調去解 決大規模的複雜問題；“狼蜂”智能(néng)體(tǐ)空地一體(tǐ)系統多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統也 是一個集成系統，它采用(yòng)信息集成技(jì )術，将各子系統的信息集成在一起，完 成複雜系統的集成； 

5、在多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統中(zhōng)，各智能(néng)體(tǐ)之間互相通信，彼此協調，并行地求 解問題，因此能(néng)有(yǒu)效地提高問題求解的能(néng)力。 

多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統是在多(duō)無人車(chē)、無人機運動中(zhōng)，各個無人車(chē)及無人機 之間能(néng)夠保持一定的相對距離，并在速度及位置上按照預設路線(xiàn)或命令進行運動 的過程。基于 MATLAB/Simulink 進行硬件在環控制算法開發和驗證，可(kě)通過 MATLAB/Simulink 軟件直接獲取高精(jīng)度的姿态數據和圖像數據，并提供多(duō)無人車(chē)、 無人機協同控制的 OEMO 程序。

二、多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系特點 

● 室内定位系統：采用(yòng)室内光學(xué)動捕技(jì )術，定位範圍 6m*6m，支持亞毫米級定 位，能(néng)夠最多(duō)同時捕捉 12 架左右的無人車(chē)或無人機；

 ● 被控制對象：2 台無人車(chē)及 4 架無人機進行編隊。

 ● 無人機飛控：無人機 STM32F427（180MHZ）主控及 STM32F100 協處理(lǐ)器，内 置三組 IMU 冗餘設計，外置 GPS 和光流模塊，支持 TCP/UDP 通訊協議。

 ● 視覺導航：256 顆 CUDA 核心，CPU 選用(yòng) Quad ARM A57,4G 内存，16G 存儲， 要擁有(yǒu)豐富的外設資源和強大的運算能(néng)力。

 ● 無人車(chē)控制器：需配置 NVIDIA TX2 主闆，打在激光雷達和視覺傳感器與識 别 SDK，能(néng)夠進行 SLAM 建模和圖像跟蹤。 

● 基礎開發平台：可(kě)在 MATLAB/Simulink 軟件平台進行控制算法研究，支持自 動生成代碼，通過無線(xiàn) WiFi 下載到無人車(chē)控制闆和無人機飛控闆。

 ● 擴展開發語言：支持 C、C++、Python 編程，适合有(yǒu)一定代碼開發能(néng)力的學(xué) 生，進一步錘煉代碼編程能(néng)力；

 ● 基于模型（MBD）的設計：MATLAB/Simulink 中(zhōng)提供了 ROS 的支持包，可(kě)試 驗 Simulink 控制模型到 ROS 系統代碼的自動生成，降低了 ROS 系統控制模型的 開發難度，适合大衆化本科(kē)教學(xué)實驗；

 ● 可(kě)用(yòng)于無人系統的動态建模和控制研究、運動規劃、避障控制、多(duō)信息融 合、編隊控制、多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制、無人系統自主控制、足型機器人步态分(fēn)析等。

三、總體(tǐ)架構 

多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統包括實時定位系統、實時控制系統、多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控 制系統，以及與之配套的無線(xiàn)網絡通信裝(zhuāng)置。 實時定位系統采用(yòng)光學(xué)動捕技(jì )術，主要由紅外光學(xué)動作(zuò)捕捉鏡頭、操作(zuò)及 分(fēn)析處理(lǐ)軟件和配件組成，可(kě)捕捉輸出智能(néng)體(tǐ)精(jīng)準的三維空間數據，系統精(jīng)度 可(kě)達亞毫米級。 

實時控制系統是一台高性能(néng)台式服務(wù)器，運行 Windows7 以上操作(zuò)系統，部 署用(yòng)于圖像處理(lǐ)、定位跟蹤、算法開發、模型編譯下載以及進行數據堅實分(fēn)析 的軟件，可(kě)同時作(zuò)為(wèi)開發主機和 Windows 目标機使用(yòng)。 多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統是指在上位機 MATLAB/Simulink 軟件平台上進行控 制算法開發，通過無線(xiàn)通信完成對若幹無人車(chē)、無人機的集群協同控制。 

四、系統布置 

多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統實驗平台的實驗室布置主要包括人機操作(zuò)區(qū)和設備 實驗區(qū)，具(jù)體(tǐ)如下圖所示：

● 人機操作(zuò)區(qū)：該區(qū)域主要用(yòng)于研究人員進行上位機操作(zuò)開發，可(kě)在該區(qū)域控 制和觀察實驗設備區(qū)内的實驗對象，主要設備包括卓翼、上位機、路由器及 必要的實驗設施。 

● 設備實驗區(qū)：該區(qū)域主要用(yòng)來進行圖像獲取、無人車(chē)及無人機的編隊控制實 驗，進行實驗時實驗人員禁止進入，主要有(yǒu) 8 台攝像頭、2 台無人車(chē)、4 架 無人機以及必要的保護設施。 

五、硬件架構

上圖為(wèi)平台系統硬件構成圖，主要包括如下：

1、實時定位系統通過多(duō)個攝像頭完成無人車(chē)、無人機的圖形采集，将采集到的 數據進行處理(lǐ)分(fēn)析獲得無人車(chē)、無人機精(jīng)确的位置和姿态信息，并将處理(lǐ)結 果發送給開發主機。

 2、實時控制系統開發主機主要完成算法開發和 Windows 實時目标機功能(néng)：算法 開發主要基于 MATLAB/Simulink 實現，結合實時控制軟件，可(kě)實現代碼生 成、編譯和部署；開發主機可(kě)作(zuò)為(wèi) Windows 實時目标機，運行 Simulink 生 成的 Windows Target 目标代碼。

 3、多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制系統包括若幹無人車(chē)、無人機，每個無人車(chē)、無人機上安(ān) 裝(zhuāng)高性能(néng)計算單元和外圍傳感器，兼容 MATLAB/Simulink，能(néng)夠基于 MATLAB/Simulink 進行控制器開放式硬件，實現多(duō)智能(néng)體(tǐ)協同控制、視覺 SLAM 等複雜算法研究。 

備注：為(wèi)保障實驗、學(xué)習人員的安(ān)全，進行編隊控制、控制開發、步态分(fēn)析、 運動規劃等實驗時，實驗、學(xué)習人員智能(néng)在開發主機端操作(zuò)，不可(kě)進入編隊活 動工(gōng)作(zuò)區(qū)域，确認無人機、無人機車(chē)、足型機器人停止後才能(néng)到工(gōng)作(zuò)目标工(gōng) 作(zuò)、連接線(xiàn)纜、調試設備等操作(zuò)。

五、軟件架構

系統軟件分(fēn)為(wèi)“上-下位機”兩部分(fēn)，主要包括：

 1、上位機軟件：基于 Windows 操作(zuò)系統個，提供圖像定位處理(lǐ)的軟件、ROS 實 時示例軟件、地面站軟件、實時控制軟件； 

 2、下位機軟件：基于 ROS 系統，提供無人車(chē)/無人機控制闆的硬件驅動、實時仿真引擎以及控制模型實時代碼。 

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