Диссертация (1090784), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1.4) [54].а)б)Рис. 1.4. МАРС промышленного применения на базе манипуляционных роботовKUKA KR 500 (KUKA Robotics Corp., Germany): а) перенос деталей двумя роботами;б) сварка с участием четырех роботовРяд исследований в сфере МАРС посвящен их военному применению.Действующие в США программы развития вооружения и военной техники врамках концепции сетецентрической войны [3], предусматривают созданиеавтономных робототехнических комплексов наземного, воздушного, над- иподводного базирования, которые должны не только интегрироваться всостав боевых систем, но и обеспечивать возможность взаимодействия присовместном функционировании в автономном режиме.
В связи с этимважнейшим ориентиром развития беспилотных летательных аппаратов (БЛА)ударного назначения в США является организация их групповоговзаимодействия для поражения наземных целей при преодолении рубежейпротивовоздушнойобороныпротивника.Реальностьпрактическоговоплощения подобной перспективы была подтверждена при создании16экспериментального образца многоагентной системы на базе БЛА X-45A(Boeing Integrated Defense Systems, USA) (рис. 1.5).а)б)Рис. 1.5.
Многоагентная система на базе ударных БЛА X-45A (Boeing IntegratedDefense Systems, USA): а) общий вид БЛА X-45A: б) БЛА X-45A в ходе выполнениясовместной боевой миссииПерспективнымкартографированиеприменениемместностииМАРСявляетсяпомещений.Крайнеразведкаипоказательнымпримером подобной системы может служить экспериментальный образецМАРС,созданныйпозаказуАгентстваперспективныхоборонныхисследований Министерства обороны США DARPA в рамках проекта«Centibots» [64].
Главная цель данного проекта заключалась в разработкетехнологии группового управления роботами, способными обеспечитькоординацию взаимодействий для решения задач картографирования,наблюдения за обстановкой, охраны объектов и выполнения другихспециальных миссий в городских условиях.Экспериментальныйобразецсистемы«Centibots»(рис.1.6)насчитывает в своем составе 100 роботов двух типов:P2AT (ActivMedia Robotics, USA) (рис.
1.6, а) - автономный мобильныйробот,предназначенныйдлярешениязадачкартографированияиукомплектованный бортовой системой управления, системой инерциальнойнавигации,лазернымультразвуковымидальномером,датчикамиителекамерой,одометром,приемо-передающимустройствомбеспроводной сетевой связи;17Amigobot (ActivMedia Robotics, USA) (рис.
1.6, б) - автономныймобильныйробот,предназначенныйдлярешениязадачпоискаиобнаружения объектов потенциального интереса с привязкой к построеннойкарте и укомплектованный бортовой системой управления, телекамерой,ультразвуковымидатчикамииприемо-передающимустройствомбеспроводной сетевой связи.а)б)в)г)Рис. 1.6. МАРС «Centibots»: а) автономный мобильный робот; б) автономныймобильный робот Amigobot; в) проведение эксперимента по картографированиюпомещений; г) автоматически сформированная картаОтличительной особенностью проекта «Centibots» является полнаядецентрализацияпроцессафункционированиясистемы.Впроцессеисследования закрытого помещения роботы строят его карту, основываясь наинформации, поступающей с датчиков в привязке к траектории своегодвижения.Периодическироботы,находящиесявзоневзаимнойрадиовидимости, обмениваются накопленными данными, пополняя иуточняя тем самым общую карту помещения, которая дублируется на борту18каждого из агентов.
При выходе части роботов из строя процесс лишьзамедлится, но тем менее будет доведен до конца.Другим примером децентрализованного управления роботами являетсяпроект «Swarmanoid» [62], целью которого являлось создание МАРС,состоящей из десятков небольших автономных роботов, которое способныдинамически объединяться и формировать структуры с новым функционалом(рис. 1.7).а)б)Рис.
1.7. МАРС «Swarmanoid»: а) часть группы роботов; б) структура, образованнаяпосле соединения трех агентов с различными функциональными возможностямиРоботы, входящие в состав этой МАРС, можно разделить на три типапо их предназначению – это роботы, обеспечивающие передвижение;роботы,производящиеанализокружающейобстановкиироботы,взаимодействующие со средой при помощи манипуляторов.Возможность разработки и целесообразность применения МАРСтакого типа подтверждается результатами экспериментальных исследованийна макетных и прототипных образцах (рис. 1.8) [47, 61], разрабатываемых вЛаборатории автоматизации, робототехники и мехатроники Отделенияпроектирования механических и аэрокосмических систем в Государственномуниверситете Нью-Йорка, США (ARM Lab, State University of New York, USA),ЛабораторииреактивногодвиженияНациональногоуправленияпоаэронавтике и исследованию космического пространства, США (Jet19Propulsion Laboratory, NASA, USA) и ряде других научно-исследовательскихи проектно-конструкторских организаций различных стран мира.а)б)Рис.
1.8. Прототипные образцы МАРС для переноса и монтажа крупногабаритныхконструкций при строительстве инженерных сооружений на поверхности планетСолнечной системы: а) на базе экспериментальных мобильных роботов (ARM Lab);б) на базе роботов-марсоходов (Jet Propulsion Laboratory)Широкий круг областей прикладного применения и сложностьразработки макетных образцов МАРС обуславливают потребность вразработкеаппаратно-программныхкомплексовпроектированияиимитационного моделирования данных систем.Показательным примером, демонстрирующим уровень современныхдостижений в исследовании МАРС, может служить проект «MissionLab»[57], развиваемый в Технологическом институте Джорджии, США (TheGeorgia Institute of Technology, USA) и направленный на разработку средствчеловеко-машинного интерфейса с реализацией функций программирования,моделирования и контроля МАРС.
Очередная версия пакета «MissionLabv7.0»обладаетширокимнаборомфункциональныхвозможностей,позволяющих обеспечить оперативную постановку прикладных задач дляМАРС военного назначения и проверку корректности сформированныхпланов в режиме виртуального моделирования (рис. 1.9, а), а так же ихвыполнение в режиме группового управления реальными образцамиавтономных мобильных платформ (рис. 1.9, б).20а)б)Рис. 1.9. Использование комплекса программно-инструментальных средств«MissionLab v7.0» для планирования прикладных миссий МАРС: а) оперативнаяпостановка прикладной задачи; б) выполнение миссии в режимегруппового управленияБлизким аналогом является универсальная среда «Mobius» (AutonomousSolutions Inc., USA), которая также предназначена для моделирования,программированияподдержкойирежимовконтроляавтономныхтелеоператорного,мобильныхкомандногоироботовсгрупповогоуправления при решении широкого спектра прикладных задач в сфереобороныибезопасности,грузоперевозок,всельскомхозяйствеигорнодобывающей отрасли, строительстве и т.д.
[41].Проведенный обзор областей применения МАРС хоть и являетсядалеко не полным (с одной стороны в силу закрытости информации по рядуобластей применения МАРС, а с другой в силу в силу стремительногоразвития проблематики группового управления), но, тем не менее, позволяетсделать ряд важных выводов:Потенциальные преимущества и возможности применения МАРСоткрывают широкие перспективы для развития множества различныхприкладных областей.В развитых странах исследованию проблем группового управленияробототехническими системами уделяется приоритетное внимание, а21разработкаопытныхипромышленныхобразцовМАРСведетсяопережающими темпами.Существует множество альтернативных подходов к построениюМАРС, каждый из которых требует детального анализа и дальнейшегоразвития.СложностьидинамичностьсредфункционированияМАРСпредъявляет повышенные требования не только к системе групповогоуправления, но и к функциональности отдельных робототехническихагентов.Наряду с задачами планирования и распределения действий в МАРСвстает вопрос о прогнозе и предотвращении возможных конфликтов междуробототехническимиагентами,передвигающимисяивыполняющимитехнологические операции в общей среде.Два последних вывода по существу обуславливают требования кобеспечениюповышеннойстепениавтономностиробототехническихагентов.
Одной из первоочередных задач при разработке МАРС становитсяинтеллектуальное управлениеробототехническимиагентамив целяхвыполнения поставленной прикладной задачи при минимальном внешнемконтроле,сучетомнеопределенностейсредыфункционированияиособенностей взаимодействии с остальными участниками робототехническойгруппировки.1.2 Разработка концепции построения многоагентныхробототехнических систем1.2.1 Обоснование требований к функциональным возможностям МАРСОсновные требования к функциональным возможностям МАРСсвязаны с необходимостью анализа поставленной прикладной задачи, еедекомпозиции на множество подзадач или составных технологическихоперацийиихпоследующеговыполнения22вавтономномрежимесовместными усилиями отдельных исполнителей, координирующих своидействия.Созданиетакихсистем,вполноймереотвечающихпредъявляемым к ним требованиям, сопряжено с решением следующихключевых проблем:организация целесообразного взаимодействия между отдельнымиагентами в интересах выполнения общей прикладной задачи;обеспечение автономности агентов и системы в целом;организацияразвитогочеловеко-машинногоинтерфейса,позволяющего обеспечить оперативную постановку общей прикладнойзадачи и контроль за ходом ее выполнения.Каждая из перечисленных проблем является крайне сложной имногогранной, затрагивая целый ряд взаимосвязанных вопросов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
