Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Ổn định và điều khiển đa nhiệm hệ thống robot bầy đàn

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:129

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án là nghiên cứu sự ổn định và điều khiển robot bầy đàn trên cơ sở sử dụng logic mờ. Việc áp dụng logic mờ để tính toán lực tƣơng tác giữa các cá thể robot trong bầy phải đảm bảo đƣợc: các robot phải hút lại gần nhau khi chúng ở khoảng cách xa và đẩy nhau ra xa khi chúng ở khoảng cách gần, mục đích của việc điều khiển ở đây là giữ cho khoảng cách giữa các cặp robot trong bầy luôn ổn định ở giá trị an toàn (không bị va chạm và không làm phân tách nhóm).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Ổn định và điều khiển đa nhiệm hệ thống robot bầy đàn

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ THỊ THÚY NGA ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐA NHIỆM HỆ THỐNG ROBOT BẦY ĐÀN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI- 2016
ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ THỊ THÚY NGA ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐA NHIỆM HỆ THỐNG ROBOT BẦY ĐÀN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 62.52.02.16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: GS.TS Lê Hùng Lân 2: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải HÀ NỘI- 2016
i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả dƣới sự hƣớng dẫn của GS.TS Lê Hùng Lân và PGS.TS Nguyễn Thanh Hải. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Lê Thị Thúy Nga
ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy GS.TS Lê Hùng Lân và thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Hải đã tâm huyết hƣớng dẫn tác giả hoàn thành luận án này. Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo khoa Điện-Điện tử, Phòng đào tạo Sau đại học trƣờng Đại học Giao thông vận tải đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng để tác giả có thể hoàn thành luận án của mình. Tác giả cũng xin cảm ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Nguyễn Văn Liễn, thầy GS.TS Nguyễn Doãn Phƣớc và thầy TS. Nguyễn Văn Tiềm luôn động viên, khích lệ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả thực hiện thành công luận án này.
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .....................................................ix MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ROBOT BẦY ĐÀN .......................................... 5 1.1 Khái niệm robot bầy đàn ......................................................................... 5 1.2 Các nghiên cứu tổng quan về robot bầy đàn ........................................... 7 1.3 Các mô hình toán học của robot bầy đàn .............................................. 16 1.3.1 Mô hình động học chất điểm ........................................................... 16 1.3.2 Mô hình động lực học ...................................................................... 19 1.4 Tổng quan về ổn định robot bầy đàn .................................................... 20 1.4.1 Khái niệm ổn định robot bầy đàn .................................................... 20 1.4.2 Các dạng hàm hút/đẩy...................................................................... 21 1.5 Các vấn đề còn tồn tại và đề xuất giải pháp mục tiêu của luận án ....... 25 1.6 Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu mới .......................................... 25 Kết luận chƣơng 1 ....................................................................................... 26 CHƢƠNG II PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ROBOT BẦY ĐÀN SỬ DỤNG HÀM HÚT/ĐẨY MỜ.................................................................................................................... 27 2.1 Cơ sở logic mờ ...................................................................................... 27
iv 2.2. Xây dựng hàm hút/đẩy mờ cho bài toán tụ bầy ................................... 29 2.3. Ổn định robot bầy đàn sử dụng hàm hút/đẩy mờ ............................... 35 2.3.1 Ổn định robot bầy đàn với mô hình toán học cơ bản ...................... 35 2.3.2 Ổn định bầy đàn với mô hình toán học có hệ số tƣơng tác ............. 39 Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................... 44 CHƢƠNG III ĐIỀU KHIỂN ROBOT BẦY ĐÀN DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN HÀNH VI KHÔNG GIAN NULL VÀ LOGIC MỜ………………45 3.1 Đặt vấn đề ............................................................................................. 45 3.2 Khái niệm không gian Null ................................................................... 48 3.3 Điều khiển hành vi robot bầy đàn dựa trên không gian Null................ 50 3.4 Thuật toán điều khiển hành vi robot bầy đàn dựa trên nguyên lý NSB và logic mờ....................................................................................................... 54 3.5. Phân tích sự ổn định của robot bầy đàn theo kỹ thuật NSB và logic mờ................................................................................................................ 57 Kết luận chƣơng 3: ...................................................................................... 62 CHƢƠNG IV KIỂM NGHIỆM CÁC THUẬT TOÁN BẰNG MÔ PHỎNG VÀ TRÊN HỆ THỐNG THỰC ................................................................................................ 63 4.1 Kiểm nghiệm thuật toán bằng mô phỏng .............................................. 63 4.1.1 Xây dựng hàm hút/đẩy mờ .............................................................. 63 4.1.2 Mô phỏng quá trình hội tụ của robot bầy đàn với mô hình toán học cơ bản ........................................................................................................ 65 4.1.3 Mô phỏng quá trình hội tụ của robot bầy đàn với mô hình toán học có hệ số tƣơng tác ..................................................................................... 70
v 4.1.4 Mô phỏng quá trình tránh vật cản, tìm kiếm mục tiêu của robot bầy đàn dựa trên nguyên lý NSB và logic mờ ................................................. 73 4.2 Kiểm nghiệm trên robot thực ................................................................ 81 4.2.1 Robot e – puck ................................................................................. 81 4.2.2 Bài toán tụ bầy ................................................................................. 84 Kết luận chƣơng 4: ...................................................................................... 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................... 92 Kết luận ....................................................................................................... 92 Kiến nghị ..................................................................................................... 92 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................................... 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 95 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 104
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Đơn Ý nghĩa vị 1 Rn Không gian Euclide n chiều. 2 N Số lƣợng cá thể robot trong bầy. 3 m Vector vị trí của robot thứ i. 4 m Vector vị trí của tâm bầy. 5 m/s Vector vận tốc của robot thứ i. 6 () N Vector lực tƣơng tác giữa các cá thể robot. 7 Amax, Amin Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của độ lớn lực tƣơng tác. 8 g(.) N Vector hàm hút/đẩy giữa các cá thể robot. 9 Gfmax, Gfmin Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của độ lớn hàm đẩy. 10 Gamax, Gamin Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của độ lớn hàm hút. 11 () Hàm thuộc. 12 cm Khoảng cách thực tế giữa các cá thể robot. 13 cm Khoảng cách an toàn giữa các cá thể robot. 14 cm Khoảng cách thực tế giữa cá thể robot thứ i với vật cản thứ m. 15 cm Khoảng cách an toàn giữa cá thể robot thứ i với vật cản thứ m.
vii 16 cm Khoảng cách thực tế giữa cá thể robot thứ i với đích. 17 cm Khoảng cách mong muốn cá thể robot thứ i với đích. 18 Trọng số tƣơng tác giữa các cặp cá thể (i, j). 19 W Ma trận tƣơng tác. 20 L Ma trận Laplace. 21 1, 2, …n n giá trị riêng của ma trận. 22 Vùng hội tụ của bầy đàn. 23 J Ma trận Jacobi. 24 M Số lƣợng vật cản trong môi trƣờng. 25 JT Chuyển vị của ma trận J. 26 J+ Ma trận giả nghịch đảo của ma trận J. 27 (J) Hạng của ma trận J. Các chữ viết tắt: STT Chữ viết tắt Diễn giải nội dung 1 SISO Một đầu vào – một đầu ra (Single Input Single Output) 2 NSB Hành vi dựa trên không gian Null (Null Space based Behavior) 3 SA Kiến trúc phân cấp (Subsumption Architecture) 4 PSO Tối ƣu bầy đàn (Particle Swarm Optimization) 5 TLTK Tài liệu tham khảo
viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số Nội dung bảng biểu Trang hiệu 1.1 Các dạng hàm hút/đẩy đã đƣợc nghiên cứu 24 2.1 Một số dạng lực tƣơng tác giữa các cá thể thứ i và j dựa 33 trên logic mờ 4.1 Kết quả tính toán các thông số của quá trình tụ bầy 68 4.2 So sánh kết quả mô phỏng quá trình hội tụ của bầy với 69 mô hình Gazi và mô hình mờ cơ bản 4.3 So sánh kết quả mô phỏng trong trƣờng hợp sử dụng kỹ 81 thuật NSB và các phƣơng pháp khác
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số Nội dung Trang hiệu 1.1 Một số hành vi bầy đàn của các loài sinh vật trong tự 5 nhiên. 1.2 Ba luật trong mô phỏng của Reynold 8 1.3 Nhóm 5 robot tự di chuyển của Kelly và Keating 8 1.4 Kết quả mô phỏng thuật toán di chuyển thích nghi bầy 9 đàn với 120 robot. 1.5 Robot tụ bầy của Kube và Zhang 10 1.6 Mô phỏng hành vi tụ bầy của s-bot 10 1.7 Hành vi tụ bầy của nhóm robot gián của Garnier đề xuất 11 1.8 (a) 5 robot c ng nhau tìm vũng nƣớc tràn. (b) Robot thực 11 hiện nhiệm vụ bảo vệ. 1.9 Kiểm tra tua bin sử dụng robot bầy đàn Alice 12 1.10 Mẫu robot S-bot và vận chuyển theo nhóm 14 1.11 Các robot k o thanh 14 1.12 Robot tìm mồi Mataric 15 1.13 Các robot tìm kiếm và thu gom rác thải 15 2.1 Mờ hóa tín hiệu đầu vào của bộ điều khiển mờ 31 2.2 Mờ hóa tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển mờ 31 2.3 Đồ thị tổng hợp 38 3.1 Kiến trúc SA, robot bầy đàn thực hiện ba nhiệm vụ: 46
x khám phá, đi lang thang, tránh vật cản 3.2 Giản đồ cấu trúc phân tán cho điều hƣớng tự động 47 3.3 Giản đồ xác định không gian Null NJ 49 3.4 Sơ đồ khối tổng hợp vector vận tốc của cá thể robot thứ i 50 3.5 Giản đồ tổng hợp vận tốc theo phƣơng pháp NSB khi 51 robot i thực hiện ba nhiệm vụ 4.1 Cấu trúc bộ mờ tính toán lực hút/đẩy giữa các cá thể 63 robot. 4.2 Hàm thuộc tín hiệu đầu vào (a) và tín hiệu đầu ra (b) của 64 bộ mờ f(.) 4.3 Mối quan hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của bộ mờ 64 f(.) 4.4 Lƣu đồ thuật toán mô phỏng quá trình hội tụ của robot 66 bầy đàn. 4.5 Quá trình hội tụ của robot bầy đàn với mô hình cơ bản. 67 4.6 Quá trình hội tụ của robot bầy đàn với mô hình [57] 69 4.7 Quá trình hội tụ của robot bầy đàn với mô hình truyền 70 thông khi số lƣợng N robot trong bầy thay đổi 4.8 Quá trình hội tụ của robot bầy đàn với mô hình có hệ số 71 tƣơng tác tƣơng ứng với ma trận liên kết (a), (b) và W35(c). 4.9 Quá trình hội tụ của robot bầy đàn tƣơng ứng với các 72 trƣờng hợp số lƣơng robot trong bầy và khả năng tƣơng tác giữa các cá thể thay đổi 4.10 Lƣu đồ thuật toán mô phỏng robot bầy đàn tránh vật cản 74 a và tìm kiếm mục tiêu
xi 4.10 Lƣu đồ thuật toán mô phỏng robot bầy đàn tránh vật cản 75 b và tìm kiếm mục tiêu 4.10 Lƣu đồ thuật toán mô phỏng robot bầy đàn tránh vật cản 76 c và tìm kiếm mục tiêu 4.11 Quá trình mô phỏng robot bầy đàn di chuyển tìm kiếm 77 đích với là xác định âm và là xác định dƣơng khi số lƣợng robot trong bầy thay đổi. 4.12 Kết quả mô phỏng sự ổn định của quá trình tụ bầy robot 77 bầy đàn 4.13 Quá trình mô phỏng robot bầy đàn di chuyển tìm kiếm 78 đích khi chỉ có hệ số thay đổi 4.14 Quá trình mô phỏng robot bầy đàn di chuyển tìm kiếm 79 đích khi các hệ số và thay đổi 4.15 Quá trình mô phỏng robot bầy đàn di chuyển tìm kiếm 80 đích với là xác định dƣơng hoặc là xác định âm 4.16 Cảm biến và cơ cấu chấp hành của robot e-puck 82 4.17 (a) 8 cảm biến khoảng cách (IR0†IR7), (b) vị trí của 3 83 micro (MIC0÷ MIC2) 4.18 Cấu trúc phần cứng của e – puck 83 4.19 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển e - puck 85 4.20 Sơ đồ biểu diễn khoảng cách và góc lệch  của e – 85 puck 4.21 Lƣu đồ thuật toán điều khiển e - puck 86 4.22 Lƣu đồ thuật toán điều khiển e - puck quay 87 4.23 Lƣu đồ thuật toán điều khiển e - puck hút/đẩy 87
xii 4.24 Quá trình hội tụ của 3 robot e - puck 89 4.25 Quá trình hội tụ của 4 robot e - puck 90
1 MỞ ĐẦU Giới thiệu tóm tắt luận án Luận án đi sâu nghiên cứu sự ổn định tụ bầy của robot bầy đàn, đặc biệt là cơ chế hợp tác giữa các cá thể robot trong bầy, để từ đó đƣa ra giải pháp thiết kế bộ mờ tính toán lực tƣơng tác giữa các cá thể, nhằm nâng cao chất lƣợng điều khiển ổn định robot bầy đàn. Cụ thể, nội dung của luận án gồm 4 chƣơng: - Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về robot bầy đàn, tổng hợp các kết quả nghiên cứu liên quan đến ổn định robot bầy đàn, ƣu nhƣợc điểm của các nghiên cứu. Từ đó đề xuất các phƣơng hƣớng giải quyết: Xây dựng hàm hút/đẩy giữa các cá thể robot dựa trên cơ sở logic mờ. - Chƣơng 2: Trình bày cơ sở khoa học và mô hình toán của robot bầy đàn, xây dựng hàm tính toán lực hút/đẩy dựa trên cơ sở logic mờ. Đồng thời chƣơng 2 đã chứng minh đƣợc tính ổn định của quá trình hội tụ nhờ lý thuyết Lyapunov trong hai trƣờng hợp: mô hình bầy đàn cơ bản và mô hình bầy đàn có x t đến khả năng tƣơng tác giữa các cá thể trong bầy. - Chƣơng 3: Đƣa ra giải pháp điều khiển robot bầy đàn tìm kiếm đích và tránh vật cản dựa trên kỹ thuật điều khiển hành vi không gian Null, đồng thời chứng minh sự ổn định của bầy đàn dựa trên cơ sở lý thuyết Lyapunov. - Chƣơng 4: Xây dựng mô hình tính toán lực hút/đẩy mờ và thực hiện mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab để kiểm chứng các kết quả đã nghiên cứu ở chƣơng 2 và chƣơng 3. Kết luận và một số vấn đề cần nghiên cứu tiếp. Lý do chọn đề tài Ngày nay, robot học đã đạt đƣợc rất nhiều thành tựu to lớn trong công nghiệp sản xuất cũng nhƣ trong đời sống xã hội. Có những công việc mà con ngƣời không thể trực tiếp tham gia thực hiện đƣợc thì sử dụng robot là một giải
2 pháp hữu hiệu. Robot bầy đàn sử dụng số lƣợng lớn các robot tƣơng đối đơn giản để thực hiện nhiệm vụ mà một robot đơn không thể thực hiện đƣợc hoặc thực hiện không hiệu quả, dựa trên cơ chế hợp tác giữa các cá thể giống hành vi của các loài vật sống thành bầy, thành đàn. Robot bầy đàn có thể đƣợc ứng dụng trong: tìm kiếm vật bị thất lạc, làm sạch, rà soát bom mìn hoặc thu thập thông tin. Tuy nhiên, khi sử dụng số lƣợng lớn các robot cùng thực thi một nhiệm vụ thì khả năng va chạm giữa các cá thể là rất lớn và điều đó có thể dẫn đến các robot rất dễ bị hƣ hỏng. Mặt khác, trong quá trình thực thi nhiệm vụ, các robot cũng có thể bị tách ra khỏi bầy và thất lạc. Do vậy, việc xây dựng cơ chế phối hợp giữa các cá thể robot trong bầy với nhau sao cho cấu trúc bầy đàn luôn đƣợc duy trì là rất quan trọng. Điều đó phụ thuộc vào hành vi của từng cá thể, mà hành vi của mỗi cá thể lại luôn bị chi phối bởi sự tƣơng tác của nó với các cá thể khác trong bầy và với môi trƣờng. Từ những lý do trên cho thấy việc nghiên cứu và đề xuất giải pháp điều khiển ổn định robot bầy đàn là rất cần thiết cho lĩnh vực robot ngày nay, vì vậy tác giả chọn đề tài: “Ổn định và điều khiển đa nhiệm hệ thống robot bầy đàn” để thực hiện luận án của mình. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận án là nghiên cứu sự ổn định và điều khiển robot bầy đàn trên cơ sở sử dụng logic mờ. Việc áp dụng logic mờ để tính toán lực tƣơng tác giữa các cá thể robot trong bầy phải đảm bảo đƣợc: các robot phải hút lại gần nhau khi chúng ở khoảng cách xa và đẩy nhau ra xa khi chúng ở khoảng cách gần, mục đích của việc điều khiển ở đây là giữ cho khoảng cách giữa các cặp robot trong bầy luôn ổn định ở giá trị an toàn (không bị va chạm và không làm phân tách nhóm). Trong luận án tác giả đi sâu vào thiết kế bộ mờ tính
3 toán lực hút/đẩy giữa các cá thể robot và phân tích sự ổn định của bầy đàn khi ứng dụng bộ hút/đẩy mờ. Nội dung tiếp theo trong luận án, tác giả đề xuất giải pháp điều khiển robot bầy đàn tránh vật cản và tìm kiếm mục tiêu dựa trên kỹ thuật điều khiển hành vi không gian Null kết hợp với logic mờ. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu là một nhóm robot đƣợc liên kết với nhau. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phát triển thuật toán tính toán lực hút/đẩy mờ giữa các cá thể robot trong bầy. Ứng dụng thuật toán phát triển đƣợc cho bài toán tụ bầy và bài toán tránh vật cản, tìm kiếm mục tiêu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học của đề tài là kết quả đạt đƣợc trong lĩnh vực điều khiển ổn định sử dụng logic mờ. Đề tài đề xuất giải pháp tính toán lực tƣơng tác giữa các cá thể robot dựa trên cơ sở logic mờ. Giải quyết vấn đề tìm kiếm tập thể trong môi trƣờng nhiều trở ngại là rất thiết thực và hiệu quả dựa trên kỹ thuật điều khiển hành vi không gian Null kết hợp với logic mờ. Luận án đã giải quyết thành công cả về mặt lý thuyết lẫn mô hình mô phỏng. - Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là: Trong công nghệ robot, đối tƣợng điều khiển là thƣờng là phi tuyến, vì vậy các phƣơng pháp điều khiển kinh điển thƣờng khó đáp ứng, lúc đó logic mờ là giải pháp phù hợp nhất cho điều khiển robot bầy đàn. Những đóng góp của luận án - Luận án đề xuất cấu trúc bộ logic mờ tính toán lực hút/đẩy giữa các cá thể robot trong bầy đàn. Phát biểu và chứng minh 2 định lý về ổn định hội tụ robot bầy đàn với hàm hút/đẩy mờ.
4 - Luận án đã đƣa ra giải pháp điều khiển robot bầy đàn thực hiện nhiều hơn một nhiệm vụ dựa trên nguyên lý điều khiển hành vi không gian Null kết hợp với logic mờ. Phát biểu và chứng minh một định lý về ổn định hệ thống robot bầy đàn khi thực hiện đa nhiệm vụ là tránh vật cản và tìm kiếm mục tiêu.
5 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ROBOT BẦY ĐÀN Chƣơng này tập trung phân tích tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về robot bầy đàn nói chung và việc giải quyết bài toán ổn định robot bầy đàn nói riêng. Đặt bài toán và hƣớng nghiên cứu của luận án. 1.1 Khái niệm robot bầy đàn Bầy đàn là sự quy tụ của một số sinh vật theo nhóm, đƣợc tìm thấy rất nhiều trong tự nhiên với nhiều loài sinh vật khác nhau nhƣ: bầy côn tr ng, đàn kiến, đàn ong, đàn mối, đàn cá,… Hành vi bầy đàn có thể giúp thực hiện đƣợc những nhiệm vụ vƣợt quá khả năng của từng cá thể độc lập, nhƣ loài kiến có thể cùng nhau tha những miếng mồi lớn về tổ của chúng, loài mối có thể xây những mô đất lớn từ b n và đất cùng với sự đòi hỏi cao về nhiệt độ và độ ẩm để bảo vệ tổ,…nhƣ hình 1.1. Hình 1.1. Một số hành vi bầy đàn của các loài sinh vật trong tự nhiên.
6 “Robot bầy đàn” là sử dụng số lƣợng lớn các robot tƣơng đối đơn giản để thực hiện nhiệm vụ mà một robot đơn không thể thực hiện đƣợc hoặc thực hiện không hiệu quả, dựa trên cơ chế hợp tác giữa các cá thể giống hành vi của các loài vật sống thành bầy, thành đàn. Các nhà nghiên cứu đã mô hình hóa hoạt động của robot để chúng có thể thực hiện đƣợc những nhiệm vụ có ích nhƣ tìm kiếm vật bị thất lạc, làm sạch, rà soát bom mìn, hoặc thu thập thông tin. Robot bầy đàn thƣờng có các đặc trƣng sau: - Hiệu quả tính toán: Mỗi cá thể trong bầy có một bộ vi xử lý riêng vì thế khả năng tính toán của cả bầy sẽ hiệu quả hơn so với một robot lớn chỉ có một bộ vi xử lý. - Tính bền vững: Hoạt động của bầy đàn vẫn diễn ra mặc dù có những cá thể bị lỗi hoặc bị hỏng, bên cạnh đó, khi điều kiện về môi trƣờng bị thay đổi cũng không làm ảnh hƣởng đến sự hoạt động của bầy đàn. -Tính linh hoạt: tính linh hoạt của robot bầy đàn đƣợc thể hiện ở khả năng thích ứng các cá thể trong bầy với sự thay đổi của môi trƣờng. Tính bền vững và tính linh hoạt thƣờng trái ngƣợc nhau, khi có một vấn đề mới, hệ thống robot bầy đàn cần phải linh hoạt để chuyển đổi hành vi của từng cá thể sang giải quyết vấn đề mới, lúc này tính mạnh mẽ sẽ không còn nữa.Ví dụ, các cá nhân của một bầy kiến có thể chung sức tìm một con đƣờng ngắn nhất để đến nguồn thức ăn hay mang một con mồi lớn về tổ thông qua việc sử dụng các chiến lƣợc phối hợp khác nhau. - Khả năng mở rộng: có thể thêm vào hoặc bớt đi các cá thể robot trong bầy với số lƣợng xác định mà không đòi hỏi phải lập trình lại. Bầy đàn có thể hoạt động theo một phạm vi rộng trong một nhóm lớn và có thể hỗ trợ các nhóm khác mà không làm ảnh hƣởng đến hiệu suất hoạt động của mỗi bầy. Đó chính là cơ chế phối hợp và chiến lƣợc phát triển hệ thống robot bầy đàn, điều này đảm bảo sự hoạt động của nhóm trong các nhóm khác.