Диссертация (1149252)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиСемакова Анна АнатольевнаАЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМИРОБОТАМИ ПО НЕПОЛНЫМ ДАННЫМВ МНОГОАГЕНТНЫХ СЦЕНАРИЯХСпециальность 01.01.09 —«Дискретная математика и математическая кибернетика»Диссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физ.-мат. наук, доцентМатвеев Алексей СерафимовичСанкт-Петербург — 20172ОглавлениеСтр.Введение . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Глава 1.1.11.21.31.41.51.61.7Кооперативное отслеживание изолиниинеизвестного скалярного полягруппой неголономных роботов . . . . . . . . . . . . . . .Отслеживание изолинии отдельным роботом . . . . . . . . . . . .1.1.1 Постановка задачи и закон управления . . . . . . . .
. . .1.1.2 Предположения, необходимые условия и основной результатПостановка задачи кооперативного отслеживания изолиниии закон управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Теорема об отсутствии столкновений между роботами . . . . . . .Теорема об отсутствии кластеризации роботов . . . . .
. . . . . .Теорема о равномерном распределении роботов . . . . . . . . . . .Компьютерное моделирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Результаты экспериментов с реальными роботами . . . . . . . . .5Глава 2.2.12.22.32.42.52.62.731323235425052637175Децентрализованное распределение группымобильных роботов вдоль эквидистантынеизвестной области . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Управление отдельным роботом с помощью угловой скорости . . 832.1.1 Постановка задачи и закон управления . . . . . . . . . . . 832.1.2 Предположения, необходимые условия и основной результат 85Постановка задачи многоагентного децентрализованногоотслеживания границы области . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 90Закон управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Отсутствие столкновений между роботами и кластеризации . . . 94Теорема о равномерном распределении роботов . . . . . . . . . . . 97Компьютерное моделирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104Результаты экспериментов с реальными роботами . . .
. . . . . . 1073Глава 3.3.13.23.33.43.5Окружение группы движущихся целейнеголономным мобильным роботом . . . .Описание системы и постановка задачи . . . . . . .Предположения и необходимые условия . . . . . . .Основные результаты . . . . . . . . . . . . . . . . .Частные случаи . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .3.4.1 Окружение группы целей,двигающихся вокруг стационарного объекта3.4.2 Окружение группы целей,двигающихся вдоль неизвестной кривойс сохранением жесткой групповой формацииРезультаты компьютерного моделирования . . . . .........................................110112116125132. . . .
. . . . 132. . . . . . . . 137. . . . . . . . 140Глава 4.Алгоритм близкого окружения группыдвижущихся целей методом отслеживаниядинамических границ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 Локализация и отслеживание изолиниинеизвестного динамического скалярного поля . . .
. . . . . . .4.1.1 Постановка задачи и закон управления . . . . . . . . .4.1.2 Предположения и необходимые условия . . . . . . . . .4.1.3 Формализация задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1.4 Сходимость алгоритма управления . . . . . . . . . . . .4.1.5 Некоторые характеристики динамического поля . . . .4.1.6 Настройка регулятора . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .4.1.7 Доказательства теорем 4.1.2 и 4.1.1. . . . . . . . . . . .4.1.8 Пример отслеживания динамической изолинии:локализация и окружение мобильной целипо измерениям расстояния до нее . . . . . . . . . . . . .4.2 Локализация и близкое окружение группы движущихся целей4.2.1 Формальная постановка задачи, предположенияи необходимые условия . . .
. . . . . . . . . . . . . . .4.2.2 Сходимость алгоритма управления . . . . . . . . . . . .4.2.3 Настройка регулятора . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3 Компьютерное моделирование . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 145................146146148150151152156158. . 170. . 172........1721761781834Заключение . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187Список сокращений и условных обозначений . . . . . . . . . . . . . 189Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190Список рисунков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208Список таблиц . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210Приложение А. Доказательство второстепенных результатовглавы 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .А.1 Вспомогательные технические факты . . . . . . . . . . . . . .А.2 Доказательство утверждения 2.4.1 . . . . . . . . . . . . . . . .А.3 Доказательство утверждения 2.4.2 . . . . .
. . . . . . . . . . .........2112112122145ВведениеОбщее направление и актуальность исследования. В конце 2015 г.робототехника была внесена в приоритетные направления развития науки,технологий и техники в Российской Федерации [1]. Общий объем мировогорынка робототехники и интеллектуальных операционных систем в 2015 г.по данным аналитического центра Myria Research оценивается в $ 63 млрд.,а к 2020 г.
превысит $ 320 млрд.Роботы уже стали ключевой и активно развиваемой компонентой новойпромышленной революции; только за период с 2013 по 2014 гг. продажипромышленных роботов выросли на 18 тысяч единиц: с 160 тысяч экземпляровв 2013 г. до 178 тысяч в 2014 г. Помимо промышленности, мобильныероботы находят применение во многих других областях: военном деле,космонавтике, в системах охраны и наблюдения, на транспорте, при ликвидациитехногенных и природных чрезвычайных ситуаций, в сельском хозяйствеи геологоразведке, в коммунальном хозяйстве, сервисе и в быту, в медицинеи технических средствах реабилитации.
Развитие и перспективы применениямобильных роботов опираются на фундаментальные факторы, среди которых— возможность доступа в труднодоступные локации, в сложные и опасныедля человека среды, способность к надежному выполнению монотонныхопераций и т.д.Фундаментальные исследования в области динамики и процессовуправления движением роботов и робототехнических систем уже несколькодесятилетий лежат в фокусе интенсивного интереса научного сообщества.Этот интерес резко возрос в последнее время, частично в связи с прогрессомв области встроенных вычислительных систем, двигателей, источниковэлектропитания и сенсорного оснащения.
Об этом свидетельствует базаданных Scopus: из 43 000 работ по этой тематике примерно треть(около 14 000) приходится на последние пять лет. В число ведущих российскихнаучных центров, занятых вопросами мобильной робототехники, входят:Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, Московскийгосударственный технический университет им. Баумана, Институт прикладнойматематики им. М.В. Келдыша РАН, ЦНИИ робототехники и технической6кибернетики,Санкт-Петербургскийнациональныйисследовательскийуниверситет информационных технологий, механики и оптики, Институтпроблем управления им.
В.А. Трапезникова РАН, Санкт-Петербургскийполитехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербургскийгосударственный университет, Санкт-Петербургский институт информатикии автоматизации РАН, НИИ многопроцессорных вычислительных системим. академика А.В. Каляева Южного Федерального университета, Московскийтехнологический университет, Московский государственный технологическийуниверситет «Станкин», Юго-западный государственный университет,Институт машиноведения им. А.А.
Благонравова РАН, Институт механикиим. Р.Р. Мавлютова Уфимского научного центра РАН, ГНИИЦ робототехникиМинистерства обороны Российской Федерации, Ракетно-космическаякорпорация «Энергия» им. С.П. Королева, Институт проблем морскихтехнологий Дальневосточного отделения РАН и многие другие институты.В международных масштабах соответствующий список труднообозрими включает наиболее респектабельные и заслуженные исследовательскиецентры; например, только в США в их числе обычно упоминают: the Universityof California (Berkeley), the Princeton University, the Johns Hopkins University,the Stanford University, the Washington University (St. Louis), the CarnegieMellon University, Georgia Tech, Massachusetts Institute of Technology.В мобильной робототехнике ключевое значение имеет проблемаавтономной навигации и управления движением.
К ее компонентамотносится моделирование среды функционирования, локализация роботаи цели управления, планирование движения в системе реального времени,отслеживание спланированной траектории, самобучение, оптимизацияуправления, координация группового поведения в роботизированныхкомплексах и ряд других аспектов. Указанная проблема лежит на стыкенескольких научных и инженерных дисциплин. Даже в ее алгоритмическомаспекте она до сих пор не получила окончательного разрешения и до известнойстепени остается эмпирической и экспериментальной при наличииопределенного разрыва между экспериментальными достижениями и роботами,доступными на рынке.За последнее десятилетие фокус исследований по робототехникесместился со специализированных, сложных, дорогостоящих и обычно7малосерийных или даже эксклюзивных устройств в пользу простых,массовых и универсальных робототехнических платформ «общего назначения»(в области воздушных роботов их примером могут служить различныедроны и квадрокоптеры).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
