Автореферат (Модели, алгоритмы и программное обеспечение многоагентных робототехнических систем)

На правах рукописиДиане Секу Абдель КадерМОДЕЛИ, АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕМНОГОАГЕНТНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМСпециальность 05.13.01Системный анализ, управление и обработка информацииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМОСКВА – 2016Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего обазования "Московскийтехнологический университет" (МИРЭА)Научный руководитель:Манько Сергей Викторович,доктор технических наук, профессор,профессор кафедры Проблем управленияМИРЭАОфициальные оппоненты:Лебедев Георгий Николаевич,доктор технических наук, профессор,профессор кафедры «Системыавтоматического и интеллектуальногоуправления» МАИМихайлов Борис Борисович,кандидат технических наук, доцент,доцент кафедры «Робототехнические системыи мехатроника» МГТУ им.

Н. Э. БауманаВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегообразования Московский государственныйтехнологический университет «Станкин»Защита состоится 22 апреля 2016 г. в 14 часов 30 минут на заседаниидиссертационного совета Д212.131.03 при Московском технологическомуниверситете (МИРЭА) по адресу: 119454, г.

Москва, пр-т. Вернадского, д.78, ауд. Г-412.Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации,просим высылать по адресу: 119454, г. Москва, пр-т. Вернадского, д. 78,МИРЭА, ученому секретарю совета Д212.131.03.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеМИРЭА и на сайте www.mirea.ruТелефон для справок: +7 (499) 215-65-65 (доб. 4012)Автореферат разослан «»2016 г.Ученый секретарьдиссертационного советадоктор технических наук, профессорТягунов О. А.2Общая характеристика работыАктуальность. В течение ряда последних лет, как в России, так и зарубежом активно ведутся программы научно-исследовательских и опытноконструкторских работ по созданию автономных роботов различногоназначения, которые должны оснащаться интеллектуальными бортовымисистемами управления, обладать опережающим уровнем тактикотехнических характеристик и обеспечивать надежное выполнениенеобходимых функций не только в дистанционном, но и в автоматическомили полуавтоматическом режимах.Одна из главных перспектив их применения сопряжена с концепциейпостроениямногоагентныхробототехническихсистем(МАРС),предполагающей не только объединение функциональных возможностей иресурсов, но и организацию взаимодействия группы автономных роботов техили иных типов в целях существенного повышения эффективности решениятребуемых задач для широкого круга прикладных областей, включая военноедело и специальные операции, поисково-спасательные и ремонтновосстановительные работы, промышленное производство и гражданскоестроительство, сельское и коммунальное хозяйство, освоение космическогопространства, глубоководные изыскания и т.д.Цели и задачи.

Целью диссертации являются разработка принциповпостроения МАРС и создание высокоэффективных средств и технологийгруппового управления полуавтоматическими и автономными роботами длясовместного выполнения требуемых прикладных задач.Поставленные цели диссертации определяют совокупность решаемых вней задач, главными из которых являются: разработка концепции и принципов построения МАРС; разработка моделей и алгоритмов планирования действий и взаимнойкоординации целесообразного поведения полуавтоматических иавтономных роботов при совместном решении общей прикладной задачив составе многоагентной группировки; разработка алгоритмов распределения заданий между роботами в составеМАРС с учетом имеющихся у них ресурсов; разработка алгоритмов оценки численности состава МАРС; разработка принципов построения и алгоритмического обеспечениясредств человеко-машинного интерфейса для оперативной постановкиприкладных задач автономным роботам, действующим в составемногоагентной группировки; разработка моделей и алгоритмов анализа внешней обстановки ипрогнозного управления автономными роботами, действующими всоставе МАРС; разработка программного обеспечения, реализующего предлагаемыеалгоритмы и позволяющего обеспечить моделирование задач группового3управления автономными роботами и управление многоагентнымигруппировками; проведение экспериментальных исследований по компьютерномумоделированию МАРС и групповому управлению реальными образцамиавтономных роботов для оценки работоспособности и эффективностипредлагаемых моделей и алгоритмов.Методы исследования.

В работе использованы методы современнойтеории автоматического управления, теории принятия решений, системногоанализа,комбинаторики,искусственногоинтеллекта,обработкиизображений, а также методы математического и имитационногомоделирования.Научная новизна работы определяется совокупностью выносимых назащиту моделей и алгоритмов группового управления: предложенной концепцией построения МАРС и человеко-машинногоинтерфейса для взаимодействия с ними; разработанными моделями и алгоритмами планирования заданий всоставе МАРС, основанные на развитии методов теории конечныхавтоматов; разработанными алгоритмами распределения заданий в составе МАРС сучетом имеющихся ресурсов на основе формированиямногокритериальных оценок; разработанным алгоритмом оценки необходимого численного составаМАРС.В то же время новыми в научном плане являются теоретические иэкспериментальные обоснования возможности повышения эффективностиМАРС на основе моделей и алгоритмов анализа внешней обстановки ипрогнозного управления автономными робототехническими агентами.Практическая ценность работы определяется совокупностьюразработанного алгоритмического и программного обеспечения МАРС,которое включает следующие компоненты: программно-алгоритмическое обеспечение бортовой системы управленияавтономным робототехническим агентом; программно-алгоритмическое обеспечение подсистем планированиядействий и распределения заданий в МАРС; программно-алгоритмическое обеспечение человеко-машинногоинтерфейса для МАРС различных типов и назначения; программно-алгоритмическое обеспечение для моделированиямногоагентных робототехнических систем; программно-алгоритмическое обеспечение системы визуальной навигациидля робототехнических агентов в составе МАРС.Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались иполучили положительную оценку на научно-технических конференциях:Девятая Всероссийская научно-практическая конференция «Перспективныесистемы и задачи управления» (п. Красная Поляна, 7 – 11 апреля, 2014 г.),4XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014(Москва, 16 – 19 июня 2014 г.), Пятая научно-техническая конференциямолодых ученых и специалистов (Москва, 25-27 сентября 2014 г.),Международнаянаучно-техническаяконференция«Экстремальнаяробототехника» (Санкт-Петербург, 8 – 9 октября 2015 г.).Публикации. Основное содержание работы отражено в 14публикациях, из них 8 статей опубликованы в журналах, входящих вперечень ВАК РФ, 1 статья опубликована в рецензируемом зарубежномиздании. По результатам диссертационного исследования также получено 2свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.Внедрение результатов исследования.

Некоторые теоретические ипрактические результаты, полученные в рамках диссертационногоисследования, были использованы в научно-исследовательских работах,выполнявшихся на кафедре проблем управления МИРЭА: НИР«Исследование и разработка принципов построения, моделей и алгоритмовинтеллектуальных систем управления перспективными образцами новогопоколения транспортных средств» (Минобрнауки РФ, 2012 – 2013 г.г.); НИР«Методы и алгоритмы управления роботами и другими типами сложныхдинамических объектов с интеллектуальными обратными связями»(Минобрнауки РФ, с 2013 г.

по настоящее время).Основные результаты диссертационного исследования внедрены вучебный процесс кафедры проблем управления МИРЭА, а именно: учебно-исследовательский комплекс на базе Lego Mindstorms NXT 2.0 длялабораторного практикума по исследованию методов и алгоритмовгруппового управления роботами; конспект лекций для курса «Управление интеллектуальными роботами иробототехническими системами» в виде учебного пособия «Методы иалгоритмы управления роботами и другими типами сложныхдинамических объектов с интеллектуальными обратными связями»; учебно-исследовательский комплекс «Многоагентная робототехническаясистема на базе роботов KUKA youBot» для проведения научноисследовательских работ магистров, проходящих подготовку понаправлениям «Мехатроника и робототехника» и «Управление втехнических системах».Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит извведения, 5 глав, заключения, библиографического списка, включающего 82наименования, и 2 приложений. Работа изложена на 165 листахмашинописного текста, содержит 65 рисунков и 11 таблиц.Краткое содержание работыВо введении показана актуальность исследования многоагентныхробототехнических систем, сформулированы цели и основные задачидиссертации, обоснована структура работы.5В первой главе дается обзор существующих сфер применениямногоагентных робототехнических систем и перспективных образцов МАРСдля различных прикладных областей.Проанализированы подходы к организации МАРС с различнойстепенью централизации управления. Рассмотрены существующиетехнологии беспроводной сетевой связи в МАРС.