Методы и алгоритмы коллективного управления роботами при их групповом применении

• Автор: Капустян, Сергей Григорьевич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 376 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 Метод коллективного управления групповым взаимодействием

роботов

1.1 Проблема группового управления

1.2 Анализ известных подходов к решению проблемы группового

управления роботами

1.2.1 Управление группами роботов в стационарных условиях

1.2.2 Управление группами роботов в сложных нестационарных средах

1.2.3 Управление группами роботов в условиях противодействия

1.2.4 Управление большими группами роботов
1.3 Формальная постановка задачи группового управления роботами
1.3.1 Задача управления одиночным роботом
1.3.2 Задача управления группой роботов
1.3.3 Классификация задач группового управления по уровню сложности
1.4 Способы организации систем группового управления роботами
1.4.1 Стратегии группового управления
1.4.2 Классификация систем группового управления роботами
1.4.3 Централизованные системы группового управления роботами
1.4.4 Распределенные системы группового управления роботами
1.4.5 Иерархическая организация подсистем планирования групповых
действий роботов
1.5 Метод коллективного управления групповым взаимодействием
роботов
1.5.1 Принципы коллективного управления группами роботов
1.5.2 Формулировка задачи коллективного управления группой роботов
1.5.3 Итерационная процедура оптимизации коллективных действий в
группе роботов
1.6 Исследование итерационной процедуры оптимизации
коллективных действий в группах роботов
1.6.1 Оценка числа итерационных циклов
1.6.2 Условия оптимальности коллективных действий, получаемых с
помощью итерационной процедуры
1.6.3 Условия устойчивости итерационной процедуры оптимизации
коллективных действий группы роботов
1.7 Выводы
2 Алгоритмическая реализация метода коллективного управления
при решении задач распределения заданий (целей) в группах роботов

2.1 Постановка задачи коллективного распределения целей
2.2 Алгоритмы коллективного улучшения плана
2.3 Алгоритмы приближенного решения задач коллективного
распределения целей в группах роботов
2.4 Сравнительный анализ алгоритмов коллективного распределения
целей
2.5 Распределение целей в группах боевых роботов
2.5.1 Задача нанесения максимального ущерба противнику
2.5.2 Задача покрытия площади
2.5.3 Программная модель задачи покрытия площади
2.6 Алгоритмы распределения заданий в группе складских роботов
2.6.1 Задача организации коллективного взаимодействия в группе
складских роботов
2.6.2 Итерационный алгоритм распределения заданий в группе
складских роботов
2.6.3 Экспериментальные результаты
2.7 Выводы
3 Методы и алгоритмы группового управления в условиях
противодействия противника
3.1 Виртуальный футбол
3.1.1 Организация и правила игры
3.1.2 Формулировка задачи группового управления роботами при игре в
виртуальный футбол
3.1.3 Метод и алгоритм выбора и оптимизации коллективных действий
при игре роботов в футбол
3.1.4 Программная реализация метода коллективного управления при
игре в виртуальный футбол
3.2 Групповое управление в условиях боевых действий
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2 Организация коллективных действий в условиях боестолкновения
3.2.3 Программная модель организации коллективного взаимодействия в
условиях боестолкновения
3.3 Стайные принципы управления группой роботов
3.3.1 Постановка задачи стайного управления группой роботов
3.3.2 Алгоритм оптимизации действий робота в составе стаи
3.3.3 Программная реализация модельной задачи стайного управления
группой роботов
3.4 Выводы
4 Методы и алгоритмы коллективного управления в больших
группах роботов

4.1 Проблема управляемости в больших группах роботов
4.2 Методы кластеризации больших групп роботов
4.2.1 Метод иерархической кластеризации больших групп роботов
4.2.2 Разбиение больших групп роботов на непересекающиеся кластеры
постоянного состава
4.2.3 Метод разбиения больших групп роботов на непересекающиеся
кластеры переменного состава (последовательная кластеризация)
4.2.4 Метод динамической кластеризации
4.2.5 Метод разбиения больших групп роботов на пересекающиеся
кластеры постоянной численности и переменного состава
4.3 Иерархическая кластеризация
4.4 Последовательная кластеризация
4.5 Безрезервная последовательная кластеризация
4.6 Динамическая кластеризация
4.7 Метод пересекающихся кластеров
4.8 Выводы
5 Методы и алгоритмы управления отдельным роботом группы при
реализации коллективных действий
5.1 Комплекс задач, решаемых системой управления отдельного
мобильного робота в группе
5.2 Графовое представление пространства состояний мобильного робота
5.3 Метод управления мобильным роботом на основе однородной
нейроподобной структуры
5.4 Иерархическая реализация метода управления мобильным роботом
5.5 Экспериментальные исследования систем управления мобильных
роботов на основе однородных нейроподобных структур
5.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Модельные примеры решения задачи коллективного
распределения целей в группах роботов
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Примеры решения задач кластеризации больших групп
роботов
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Имитационные программные модели
функционирования интеллектуальных роботов в виртуальной среде
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акты внедрения и использования результатов диссер
тационной работы

управляющий юод
Рисунок 1.11- Структура организации игры роботов в футбол в категории "аппаратные модели малых роботов", проводимой федерацией "ІІоЬоСир"
Внешний вид поля и роботов-футболистов в лиге малых роботов представлен на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12 — Внешний вид игрового поля и роботов-футболистов в лиге малых роботов
В лиге среднеразмерных роботов играют роботы размером примерно 50x50 см, на базе колесных шасси, представленные на рисунке 1.13. Роботы оснащены бортовыми компьютерами, а также имеют собственную систему технического зрения с управляемой подвижной телекамерой. Такие роботы обладают достаточно высоким уровнем интеллекта и являются практически полностью автономными.
В лиге Sony Legged Robot League играют четырехногие шагающие роботы японской фирмы Sony, представленные на рисунке 1.14. Они являются полностью автономными и оснащены миниатюрной цветной камерой. В данном