Диссертация (1149252), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Все этомотивирует растущий интерес к задачам динамического окруженияпо неполным данным о целях.В этой области большая часть имеющихся разработок посвященадинамическому окружению единичной цели единичным мобильным роботом[125–127; 132–134]. При этом в [125–127; 133] рассматривается случай,когда измерению доступно только расстояние до цели, а в [132; 134]— когда доступны только угловые данные. В [126; 127; 134] исследуетсяпростейшая модель робота — интегратор первого порядка с неограниченнымдиапазоном управляющего воздействия — и предполагается, что роботможет измерять свою позицию в системе отсчета, в которой цельлибо неподвижна, либо медленно перемещается (причем ошибка выведенияна требуемую круговую траекторию вокруг цели пропорциональна скоростиэтого перемещения).
Более реалистичная модель робота (машина Дубинса,т.е. неголономный робот, перемещающийся с постоянной линейной скоростьюи управляемый угловой скоростью) изучена в [132; 133] для неограниченногои в [125] для конечного диапазона управления; работа [132] также предполагаетизмерение траектории робота.Случай динамического окружения множественных целей по неполнымданным о них рассматривается в [135]. При этом исследуется случайугловых данных о целях и указанная в предыдущем абзаце простейшаямодель робота. Предложенный регулятор обеспечивает перемещение роботана окружность с центром в среднем арифметическом положении целей,а радиус этой окружности регулируется к значению, при котором все целиоказываются внутри окружности.
Впрочем эти утверждения обоснованы толькодля статичных целей, а в случае подвижных целей показано, что возникаетошибка, пропорциональная их скорости. Последнее является серьезнымпрепятствием к применению рассматриваемой разработки в случае скоростныхцелей.21Таким образом, практически полностью открыто поле исследований,касающеесяалгоритмовдинамическогоокруженияскоростныхмножественных целей единичным мобильным роботом по даннымо расстояниях до целей.Целью диссертационной работы является преодоление отмеченныхдефицитов теории и алгоритмического фонда в области автономнойнавигации и управления движением мобильных роботов в многоагентныхсценариях.
Эта цель подразумевает разработку новых, эффективныхи математически строго обоснованных (включая нелокальную сходимость)реактивных алгоритмов навигации и управления движением мобильныхроботов в многоагентных сценариях в условиях ограниченных (сенсорных,вычислительных, коммуникационных и других) ресурсов и дефицитааприорных знаний о среде функционирования и целевых объектах,а также конструктивные рекомендации по настройке параметров и развитиесоответствующего фундамента: теоретических основ и методологии анализаи синтеза таких алгоритмов.Диссертация нацелена на решения, дееспособность которых обоснованав условиях, близких к необходимым для разрешимости поставленныхзадач, и таким образом — на алгоритмические решения, которыеможно охарактеризовать как в известной степени «универсальные»и «исчерпывающие».
Для достижения указанного аспекта поставленной целисистематическое внимание уделяется выявлению упомянутых необходимыхусловий. Условия, при которых затем устанавливается сходимостьразработанного алгоритма, представляют собой лишь незначительные,естественные и частично неизбежные усиления необходимых условийразрешимости задачи.Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующиезадачи:1.
Разработан и обоснован, включая условия нелокальной сходимостии некластеризации, реактивный децентрализованный алгоритмкооперативной локализации и отслеживания изолинии неизвестногоскалярного стационарного поля группой неголономных роботовпо измерениям поля в точке нахождения робота в условиях их полной222.3.4.5.автономности, включая анонимность друг для друга и отсутствиекоммуникации.Разработан и обоснован, включая условия нелокальной сходимостии равномерного самораспределения, реактивный децентрализованныйалгоритмкооперативнойлокализациииотслеживанияэквидистанты априори неизвестной области группой неголономныхроботов в условиях их полной автономности, включая анонимностьдруг для друга и отсутствие коммуникации.Разработан и обоснован, включая условия нелокальной сходимости,реактивный алгоритм локализации и отслеживания изолиниинеизвестного скалярного нестационарного поля единичным роботомпо измерениям значения поля в текущей точке, не опирающийсяна оценивание каких-либо производных поля и разрывныезаконы управления.
При этом разработана и обоснована новаяпарадигма отслеживания изолиний: в отличие от общепринятогостремленияразвернутьвекторскоростиперпендикулярноградиенту поля предложено поддерживать угол ориентации этоговектора пропорциональным рассогласованию между текущими эталонным значениями поля, где последнее значение формируетсяпутем интегрирования разницы между измеряемым текущими целевым значениями поля, предварительно подвергнутой срезкена определенном уровне.Установленыусловия,необходимыедлятого,чтобыперемещающийся с постоянной скоростью неголономный робот,управляемый ограниченной по абсолютной величине угловойскоростью, был способен сопровождать группу скоростныхмобильных целей на заданном среднеквадратичном расстоянииот них.Разработан и обоснован, включая условия нелокальной сходимости,реактивный алгоритм локализации, динамического окруженияи сопровождения на заданном среднеквадратичном расстояниигруппы скоростных непредсказуемых мобильных целей неголономныммалоприводным роботом, перемещающимся с постоянной скоростьюи измеряющим только расстояния до целей.236.
Разработан и обоснован, включая условия нелокальной сходимости,реактивный алгоритм локализации и динамического окруженияна близком расстоянии группы скоростных непредсказуемыхмобильных целей.Дадим более подробную характеристику решенных задач и полученныхрешений, следуя только что введенной нумерации.1. Рассмотрена ситуация, когда каждый робот управляется угловойи линейной скоростью, выбор которых ограничен конечными интервалами.Предложенный алгоритм управления полностью децентрализован: обменданными между роботами отсутствует, каждый вырабатывает управлениесамостоятельно, ни один из них не знает численность группы. Сенсорныевозможности каждого робота ограничены измерением значения поляв точке положения робота (градиент поля не измеряется), а в отношениироботов-компаньонов — конечной областью видимости, в пределах которойон способен определить их относительное положение и ориентацию.
Роботыанонимны друг для друга: никто из них не способен заметить «подмену»одного робота другим с тем же положением (и ориентацией). С точностьюдо технических предположений, поле произвольно.Доказано, что разработанный закон управления выводит роботовна априори неизвестную изолинию с заданным значением поля, обеспечиваетее последующее отслеживание группой и предотвращает внутригрупповыестолкновения и неэффективную кластеризацию, а в случае, когдаизолиния представляет собой окружность, — обеспечивает равномерноесамораспределение группы вдоль изолинии.
Доказательство указанныхсвойств алгоритма получено в условиях, в основном представляющих собойнезначительные, естественные и частично неизбежные усиления условий,необходимых для того, чтобы роботы с заданным (условиями задачи)ограничением на радиус поворота были в принципе способны отследитьискривления изолинии. Теоремы о сходимости и некластеризации дополненыконструктивными рекомендациями по настройке параметров алгоритма.Предложенное решение основано на методе скользящих режимов.2.
Отличия данной задачи от предыдущей заключаются в следующем:скалярное поле — расстояние до области (таким образом, изолиния — этоэквидистанта); благодаря измерению расстояния до области в пределах24достаточно широкой апертуры робот способен вычислить некоторыйкусок любой достаточно близкой к нему эквидистанты и, соответственно,измерять расстояния вдоль такой эквидистанты; область может «заслонять»некоторых компаньонов «от взора» данного робота; требуется обеспечитьравномерное самораспределение роботов вдоль эквидистанты общей геометрии(не обязательно окружности). Другими словами, требуется такое распределениероботов вдоль эквидистанты, что расстояния между соседними роботами,измеренные вдоль эквидистанты, одинаковы.
Прочие характерные моментыпостановки задачи и полученного решения аналогичны рассмотренным в связис предыдущей задачей. В частности, предложенное решение основано на методескользящих режимов.3. Рассмотрен полноприводный (число приводов равно числу степенейсвободы) мобильный робот на плоскости, смоделированный как интеграторпервого порядка и управляемый ограниченным по норме вектором скорости.Скалярное поле нестационарно и неизвестно, измеряется только его значениев текущей локации робота; с точностью до технических предположений,поле произвольно. Установлены условия, необходимые для того, чтобыперемещающийся с ограниченной скоростью робот был способен отследитьдвижущуюся и деформирующуюся изолинию динамического поля. С помощьютеоремы о нелокальной сходимости доказано, что при естественном,незначительном и частично неизбежном усилении этих условий задачалокализации и отслеживания изолинии решается разработанным алгоритмомпри условии его адекватной настройки (приведены конструктивныерекомендации по настройке параметров алгоритма).4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
