Введение 3
Постановка задачи 5
Обзор литературы 6
Глава 1. Математическая модель 9
1.1. Использованная модель робота манипулятора 10
1.2. использованная модель мобильного робота 12
Глава 2. Среда моделирования 18
2.1. Архитектура 19
2.2. Система технического зрения 22
Глава 3. Среда моделирования 24
3.1. Централизованный способ распределения задач 27
3.2. Децентрализованный способ распределения задач 30
Выводы 35
Заключение 36
Список литературы 37
Приложение А 42
В настоящее время в мире происходит четвёртая промышленная революция. Одним из следствий этого процесса является повсеместное использование роботов в процессах производства. Для эффективной и гибкой работы им требуется постоянное взаимодействие с датчиками, другими роботами и элементами управления различной природы.
Везде, где существует некоторая группа объектов, которые должны совместно выполнять некоторую работу или решать некоторую задачу, возникает проблема группового управления или группового взаимодействия. Как правило, при решении таких задач роботы должны функционировать в неорганизованной или плохо организованной, недетерминированной среде. При групповом использовании роботов различного назначения возникает ряд весьма сложных задач, в первую очередь, связанных с организацией их взаимодействия между собой для наиболее эффективного достижения цели, поставленной перед группой.
В некоторых их этих задач оператор управляет робототехническим комплексом на значительном удалении или решения по выполнению поставленных задач принимаются без участия оператора на основе получаемой информации с доступных датчиков. Большое расстояния и сложная модель коммуникационной сети между оператором и роботом может привести к значительной задержке в передаче сигналов, а также к ограничениям на пропускную способность канала связи.
К одним из самых широко распространенных на производстве способов управления можно отнести создание управляющих программ для роботов в которой задается траектория которую, требуется повторить с заданными заранее задержками или при взаимодействие с синхронизирующим элементом системы.
В этой работе предлагается расширить данный подход с помощью введение иерархии задач которые решает робототехнический комплекс и применение этого метода к задаче передачи детали от группы мобильных роботов группе манипуляторов. Для этой задачи рассмотрено 2 метода группового взаимодействия: централизованный и децентрализованный. При первом варианте требуемое решение по распределению задача по роботам агентам принимается в едином центре с учетом всей имеющейся информации. В альтернативном подходе решение параметров выполнения принимается роботом самостоятельно, в зависимости от данных полученном от связанных с ним датчиков и соседних роботов.
Типичной проблемой в работе крупных информационно-технический систем является разделение группы с потерей связи между частями, это не обязательно должно приводить к остановке технического процесса даже в случае централизованного управления. При децентрализованном управлении также должна быть возможность синхронизации с центром для обновления программного обеспечения или особенностей задач для выполнения. Таким образом система управления должна уметь переходить из централизованного и децентрализованного состояния и обратно.
Постановка задачи
Провести сравнение централизованного и децентрализованного алгоритма группового взаимодействия роботов различных типов в недетерминированной среде. Решение данной задачи требует реализации следующих этапов:
1. Построить математическую модель группового управления роботов различных типов в недетерминированной среде;
2. Подготовить среду моделирования для проведения численных экспериментов;
3. Подготовить централизованный и децентрализованный алгоритм распределения задач для группы роботов;
4. Сравнить подходы на основе численных экспериментов.
В данной работе предложен подход к описанию технического процесса в виде составных задач.
На первом этапе была подготовлена среда для моделирования процессов с учетом получения визуальной обратной связи и ее обработки с помощью ArUco меток из пакета OpenCV, реалистичности моделирования процесса с помощью физического движка bullet.
Следующим этапом был подготовлена система для реализации со-ставных сценариев на основе алгоритмов динамического программирования и проведено его тестирование с использованием ранее созданной системы моделирования.
После этого был предложен переход от централизованного метода распределения задач к децентрализованному и решения задачи планирования в условиях неполной информации, после чего было проведено сравнение этих двух подходов.
В дальнейшем можно рассмотреть другие алгоритмы роевой роботехники, расширять подход составных сценариев для более многоэтапных процессов и большего разнообразия роботов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
