Модели и алгоритмы управления группой мобильных роботов

• Автор: Проталинский, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ ГРУППАМИ РОБОТОВ В СТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ
1.1 .Описание процесса управления группами мобильных роботов
1.2. Теоретико-множественное системное моделирование группы мобильных роботов
1.3. Модели, алгоритмы и методы группового управления роботами
1.4. Постановка задачи исследования
Выводы и результаты по первой главы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ГРУППЫ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
2.1. Разработка структуры математической модели рабочей зоны группы роботов.
2.2. Методика построения математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов
2.3. Использование многоагентной технологии для построения математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов
2.4. Проверка адекватности математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов
Выводы и результаты по второй главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ МОБИЛЬНЫХ
РОБОТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ МНОЖЕСТВА ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЗАДАЧ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
3.1.Исследование показателей эффективности управления группой мобильных роботов
3.2 Алгоритмизация процесса формирования управляющего воздействия для группы мобильных роботов
3.2.1 Анализ методов многокритериальной оптимизация для решения задачи управления группой роботов
3.2.2 Система ограничений процесса поиска Парето-оптимального управления
3.2.3. Построение множества стратегий для группы мобильных роботов
3.2.4. Решение задачи оптимизации управления группой мобильных роботов
3.3. Алгоритмы процесса поиска Парето-оптимального управляющего воздействия группы мобильных роботов
3.4. Формализация взаимодействия роботов в группе при поиске Парето-оптимального множества стратегий
3.5 Разработка архитектуры системы управления группой роботов
Выводы и результаты по третьей главе
4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
4.1. Техническая реализация системы управления группы роботов
4.2 Реализация взаимодействия роботов группы
4.3. Расчетный пример задачи нахождения оптимального управления для группы мобильных роботов
4.4. Оценка эффективности системы управления группой мобильных роботов.
Выводы и результаты по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ АРХИТЕКТУРЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ РОБОТА
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. МАТЕРИАЛЫ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.Свидетельство о государственной регистрации программы

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время сфера робототехники характеризуется расширением применения роботов в промышленной, бытовой и социальной сферах. Одним из показателей данного процесса является повышение не только общего количества бытовых роботов, но и рост процентного отношения мобильных к общему количеству роботов (рис.1).
2006 2007 2008 2
■ промышленные роботы ■ Бытовые роботы Рисунок 1. Тенденция роста количества роботов в мире
Количество роботов за период 2008-2011 год возросло в два раза с 8,6 до 18,2 млн. по данным [86]. При этом количество промышленных роботов в период 2008-2011 год снизилось, что обуславливается сложной экономической ситуацией в мире, но при этом мобильных роботов возросло более чем в 2,5 раза. Данный факт обуславливается повсеместным внедрением мобильных роботов для транспортировки деталей на промышленных объектах, вследствие резкого снижения цены и повышения грузоподъемности данного типа устройств. Однако аналитики утверждают, что в ближайшем времени рост спроса на мобильные робототехнические устройства может резко замедлится, так же как и на роботы-манипуляторы.
Расширение сфер применения мобильных роботов в промышленности и быту приводит к необходимости использования групп роботов ввиду неэффективности решения комплексных задач одиночным устройством [3].

(блок 3) где производится расчет параметров задачи, таких как время выполнения задачи и необходимая энергоемкость. На основе полученных данных строится математическая модель множества задач (блок 4). На следующем этапе математическая модель дополняется информацией о группе мобильных роботов полученных от модуля расчета основных показателей робота (блок 6-7), на основании чего формируется общая математическая модель рабочей зоны группы мобильных роботов (блок 8). Результатом расчетов по математической модели будет эффективность возможного выполнения множества 2 каждым роботом из группы Я [54].
Представленная структура математической модели отвечает условиям универсальности: отображение неограниченного количества задач в множестве 2 и роботов в группе Я.
2.2. Методика построения математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов.
Построение математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов
(рис. 2.2) состоит из 9 основных этапов:
Первый этап: формализация входной информации о множестве задач.
Второй этап: определение взаимосвязей между задачами
Третий этап: расчет характеристик задач, на основе фреймовой модели
Четвертый этап: формирование агентов-акторов,
Пятый этап: формализация входной информации о группе мобильных роботов (имя робота, значение с датчиков поворота вала двигателя, датчика напряжения и датчика инерциальной системы навигации);
Шестой этап: Расчет основных характеристик робота: Скорость, направление движения, функция изменения заряда батарей.
Седьмой этап: Построение модели группы роботов на основе расчетов.
Восьмой этап: Объединение модели множества задач и модели роботов в единую модель рабочей зоны группы мобильных роботов.
Результатом выполнения восьмого этапа является готовая математическая модель. Однако для дальнейшего распределения множества задач среди группы мобильных роботов необходимо произвести расчет эффективности выполнения каждой из задач каждым из роботов на основе построенной математической модели. Соответственно