Диссертация (1090784), страница 11
Текст из файла (страница 11)
3.5. Блок-схема алгоритма оценки численности МАРС для выполненияпоставленной задачи по установленному сценарию80Наряду с особенностями технологии выполнения прикладной задачивлияние на временные затраты МАРС могут оказывать и конфликты междуробототехническими агентами в процессе выполнения задачи. Так, например,в задаче обслуживания складских помещений группой мобильных роботоввозможны затруднения в перемещении агентов в силу уменьшениясвободного пространства для маневрирования при росте их числа. С учетомданного соображения функционал (3.3) можно дополнить слагаемым,отвечающим за число функционирующих роботов и ожидаемое времяпреодоления конфликтов (Тк):F ( N ) k1Tв ( N ) k2Tп ( N ) k3Tк ( N ) .(3.4)Временные затраты на разрешение подобных конфликтов являются посути нелинейной величиной и, как правило, могут быть определены лишьпутем комплексного имитационного моделирования.3.4 Программный комплекс для моделирования МАРСВ соответствии с провозглашенными принципами построения ч/минтерфейсаМАРСеговажнейшимкомпонентомявляетсясистемамоделирования хода выполнения поставленной прикладной задачи МАРС.Для исследования этой функциональной возможности в рамкахдиссертационногоисследованиябылразработанпрограммно-инструментальный комплекс для моделирования МАРС («MARS 3D»).Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМприведеновПриложенииА.Данныйкомплекспредназначендляимитационного моделирования многоагентных робототехнических систем набазе мобильных роботов в задачах поиска и транспортировки объектовцелевого интереса на местности.
Программный комплекс, структуракоторого изображена на рис. 3.6, предоставляет следующие функциональныевозможности:81 среда трехмерной визуализации и симуляции физики – позволяетмоделировать движение мобильных роботов на местностях сразличным рельефом и расположением препятствий; моделирование работы мобильных роботов и управление ими в ручноми автоматическом режимах при движении на местности и выполнениитехнологических операций; моделирование работы МАРС с централизованной архитектурой напримере задачи построения конструкций из кубиков различной формыгруппой мобильных роботов; постановка прикладной задачи МАРС при помощи интеллектуальногочеловеко-машинного интерфейса и слежение за ходом ее выполнения врежиме реального времени.Взаимодействие с комплексом происходит посредством оконногографическогоинтерфейсаподуправлениемоперационнойсистемы«Microsoft Windows». Текстово-графический интерфейс включает в себя окнопанели управления комплексом (ПУ) (рис.
3.7, а) и окно трехмерной графики(рис. 3.7, б).Рис. 3.6. Структура программного комплекса для моделирования МАРСОкнотрехмернойграфикипредназначенодляотображениявиртуальной среды и функционирующих в ней робототехнических агентов.82Панельуправленияпрограммнымкомплексомобеспечиваетдоступпользователя к тем или иным инструментальным средствам комплекса сиспользованием кнопок, диалоговых окон, а так же интерфейса команднойстроки.В частности, панель управления позволяет управлять отдельнымиробототехническими агентами на уровне подсистем исполнительного итактического уровня, а также служит средством отображения параметровдвижения и показаний информационно-измерительных подсистем роботов(рис.
3.7, в). Также в окне панели управления расположена вкладкаинтеллектуальногочеловеко-машинногоинтерфейсадляпостановкиприкладных задач МАРС и слежения за ходом их выполнения (рис. 3.7, г).а)б)в)г)Рис. 3.7. Графический интерфейс пользователя: а – окно панели управлениякомплексом, вкладка управления трехмерной средой; б – окно трехмерной графики;в – вкладка управления робототехническими агентами;г – вкладка ч/м интерфейса МАРС83Интерфейскоманднойстроки,реализованныйвокнепанелиуправления, предназначен для обработки текстовых команд по управлениюкомплексом, связанных с загрузкой виртуальных сцен, отображениемотладочной информации и т.д.Библиотека интерпретируемого языка программирования Lua [66],расширяющая возможности интерфейса командной строки, необходима дляобработки конфигурационных файлов с описанием трехмерных сцен.Описание сцены предполагает указание расположения роботов, препятствийи других предметов, а так же задание параметров системы моделирования.Библиотека системы моделирования среды и робототехническихагентов объединяет в себе функциональность библиотеки трехмернойграфики (Ogre3D [59]) по отображению геометрических предметов ибиблиотеки симуляции физики (PhysX [35]) по моделированию движения ивзаимодействия тел.
Кроме того, в рамках данной подсистемы производитсямоделированиеинформационно-измерительнойподсистемыробототехнического агента, включающей средства навигации, лидары,бортовую видеокамеру.Менеджер сцены, входящий в состав библиотеки моделирования,позволяет загружать в систему моделирования трехмерные карты и предметыразличной геометрической формы, а так же осуществлять доступ кзагруженным предметам по уникальным именам. Так же в задачи даннойбиблиотекивходитмоделированиеработыразличныхдатчиковробототехнического агента.В состав библиотеки алгоритмов управления интеллектуальнымробототехническим агентом входит программное обеспечение бортовойсистемы управления (БСУ) автономным мобильным роботом. В задачи БСУробота входит выполнение различных сценариев технологических операций,обработка сенсорной информации и обеспечение обхода препятствий на путиробота на основе методов нечеткой логики [11, 78], а так же обработкакоманд, поступающих от пользователя и от системы управления МАРС.84Непосредственно за координацию действий роботов в МАРС отвечаетбиблиотека алгоритмов группового управления.
Совместно с библиотекойкомпонентов интеллектуального человеко-машинного интерфейса МАРС онапозволяет производить постановку прикладных задач группе роботов ислежение за процессом их выполнения.3.5 Виртуальное моделирование и оценка численности МАРСВ качестве примера рассмотрим задачу сбора пирамиды из трехкубиков многоагентной системой в составе трех роботов на местности спрепятствиями (рис.
3.8, б). При этом очередность установки кубиков и ихконечное расположение должно в точности соответствовать сценариюпостроения конструкции, заданному пользователем человеко-машинногоинтерфейса МАРС.а)б)Рис. 3.8. Виртуальные сцены, а также расположенные на ней роботы (Р), кубики (К), точкапостроения конструкции (Ц): а) сцена без препятствий; б) сцена с препятствиямиОписания подзадач в сценарии при этом включают информацию опорядковом номере и требуемом положении кубика относительно локальнойсистемы координат возводимой конструкции.
Пример текстового описаниягруппового сценария выглядят следующим образом:85Место постройки:xyz = "0; 3; 0"cube="2"Подзадача К2:xyz = "0,05; 0.1; 0"cube="2"Подзадача К4:xyz = "0,1; 0; 0"cube="4"Подзадача К5:xyz = "0; 0; 0"cube="5"Основные этапы выполнения задачи МАРС отображены на рис. 3.9(в соответствии с показаниями подсистемы ч/м интерфейса, отвечающей засбор информации о местоположении агентов и объектов целевого интересана местности). В момент начала функционирования МАРС расположенияроботов и кубиков в подсистеме сбора и обобщения информации МАРСсоответствуют исходным (рис.
3.8, а, рис. 3.9, а). В дальнейшем роботыподъезжают к целевым объектам, захватывают их (рис. 3.9, б), перемещаютсяк месту сбора конструкции (рис. 3.9, в, г) и устанавливают их в определенныепользователем позиции (рис. 3.10).По окончании выполнения поставленной задачи журнал выполнениятехнологических операций содержит следующие записи с привязкой ковремени выполнения подзадач:[21:16:08] Выполнение задачи начато[21:16:09] Робот 0 назначен на сбор кубика 4[21:16:09] Робот 1 назначен на сбор кубика 2 (заранее)[21:16:09] Робот 2 назначен на сбор кубика 5[21:16:38] Робот 2 ожидает разрешения на установку кубика[21:16:38] Робот 2 получил разрешение на установку кубика[21:16:46] Робот 2 завершил сбор кубика 5[21:16:59] Робот 0 ожидает разрешения на установку кубика[21:16:59] Робот 0 получил разрешение на установку кубика[21:17:07] Робот 0 завершил сбор кубика 4[21:17:13] Робот 1 ожидает разрешения на установку кубика[21:17:13] Робот 1 получил разрешение на установку кубика[21:17:21] Робот 1 завершил сбор кубика 2[21:17:21] Выполнение задачи завершено86а)б)в)г)Рис.
3.9. Перемещение робототехнических агентов в процессе транспортировки иустановки элементов конструкции в целевой точкеВремя выполнения задачи, согласно показаниям журнала, составилоTвып=73 секунды. Суммарное затраченное машинное время Tмаш=Tвып*3=219секунд. На рис. 4.5, а-в поэтапно показан процесс построения пирамиды.Порядок установки кубиков полностью соответствует указанному всценарии.
Таким образом, процесс моделирования подтвердил выполнимостьсформированной оператором прикладной задачи МАРС.87а)б)в)Рис. 3.10. Этапы возведения конструкцииДля выявления зависимости между количеством агентов и скоростьювыполненияприкладнойзадачибылпроведенряддополнительныхэкспериментов.
В качестве сцен для проведения экспериментов быласформирована виртуальная сцена, изображенная на рис. 3.8, а и сцена с темже самым расположением кубиков и точкой построения конструкции, нодополненная препятствиями (рис. 3.8, б). В качестве прикладных задач быливыбраны два различных сценария построения пирамиды из шести кубиков:Сценарий 1 и Сценарий 2 представлены на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
