Введение 5
Постановка задачи 7
Обзор литературы 8
Глава 1. Обзор мультиагентной робототехнической системы 11
1.1 Структура МРТС 12
1.2 Виды систем группового управления 13
Глава 2. Глобальное планирование 14
2.1. «Ценовой» алгоритм распределения задач в коллективе роботов 14
2.2. Мультиагентное распределение задач в коллективе роботов 15
Глава 3. Локальное планирование 18
3.1. Метод нейронных сетей 18
3.2 Метод потенциальных полей 21
3.3 Система навигации мобильного робота 22
3.3.1 Описание движения подвижного объекта 22
3.3.2 Структура системы навигации 23
3.3.3 Алгоритм SLAM 24
3.3.4 Построение карты окружающей среды в виде карты-сетки 25
3.3.5 Трассировка препятствий 26
3.4 Планирование пути мобильного робота 27
3.4.1 Общая структура планирования 27
3.4.2 Алгоритмы обхода препятствий 27
3.4.3 Алгоритм A* (A-star) 28
3.4.4 Алгоритм A* (A-star) для колесных роботов 29
3.4.5 Алгоритм D* (D-star) 31
3.4.5 Модифицированный алгоритм D* (D-star) 33
Глава 4. Результаты программной реализации 37
4.1 Построение карты препятствий 38
4.2 Реализация рассмотренных алгоритмов 38
4.3 Сравнение точности и скорости алгоритмов 41
Выводы 43
Заключение 44
Список литературы 45
Приложение 48
В современном мире развитие робототехники является важным направлением развития технологий. Роботы с различной функциональностью уже обширно используются во многих сферах жизни. Одной из наиболее актуальных задач по этому направлению является построение системы навигации для группы роботов, выполняющих общую цель. Такая система может использоваться, например, для исследовательских и транспортных задач.
Важной частью данной задачи является построение навигационной системы, которая позволит роботу автономно передвигаться из пункта «А» в пункт «В», для каждого отдельного робота из системы. Решением данной задачи занимаются многие ученые и крупные корпорации. Решение данной задачи является необходимым шагом для создания полностью автономного транспорта, что делает это направление в исследовании очень востребованным.
Кроме того, решение данной задачи позволяет изучать труднодоступные для человека места. Одним из наиболее важных направлений для изучения является космос, для изучения которого просто необходима группа подвижных объектов, оснащенных навигационной системой, позволяющей им исследовать космическое пространство без участия человека, отправляя ему только итоговую информацию.
Задачу построения навигационной системы для группы подвижных объектов можно разделить на следующие подзадачи:
1) Выбор и реализация алгоритма распределения целей в группе роботов.
2) Построение мультиагентной робототехнической системы (МРТС).
3) Реализация навигационной системы, позволяющей роботу передвигаться из одной позиции в другую, избегая столкновения с препятствиями, для каждого робота. Данная задача состоит из следующих подзадач:
a) Построение навигационной системы для движения в детерминированной среде;
b) Построение навигационной системы для движения в
недетерминированной среде со стационарными препятствиями;
c) Построение навигационной системы для движения в
недетерминированной среде с динамическими препятствиями;
В настоящее время самыми часто используемыми автономными подвижными объектами по причине удобства их использования являются мобильные роботы. В связи с этим рассматривается задача построения навигационной системы именно для данного типа роботов.
Проблема создания навигационной системы, позволяющей группе подвижных объектов совершать автономное движение в реальных средах очень важна в современном мире. Все больше задач вместо людей выполняют некоторые сервисные роботы. С течением времени большинство процессов по производству материальных ценностей, исследованию новых территорий (в том числе в космосе) и обслуживанию людей станут выполнять группы автономных роботов.
Массовое производство автономных роботов, способных работать в сложны условиях, значительно упростит жизнь людей. Никому не придется рисковать своей жизнью, выполняя работу.
Создание некоторого универсального метода, способного автоматизировать передвижение группы роботов в различных средах, будет огромным шагом на пути к созданию полностью автономных и многофункциональных роботов. В связи с этим данная задача в настоящее время действительно является актуальной и требующей нахождения более оптимальных решений по многим параметрам, таким как минимизация расхода топлива, уменьшение погрешности вычислений датчиками расстояний до объектов внешней среды и возможность создавать группы роботов, способные общими усилиями выполнять одну задачу, которую мобильный робот не сможет выполнить в одиночку.
