Модели и алгоритмы управления группой мобильных роботов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Проталинский, Игорь Олегович

• Проталинский, Игорь Олегович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Проталинский, Игорь Олегович

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ ГРУППАМИ РОБОТОВ В СТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ

1.1 .Описание процесса управления группами мобильных роботов

1.2. Теоретико-множественное системное моделирование группы мобильных роботов

1.3. Модели, алгоритмы и методы группового управления роботами

1.4. Постановка задачи исследования

Выводы и результаты по первой главы

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ГРУППЫ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ

2.1. Разработка структуры математической модели рабочей зоны группы роботов

2.2. Методика построения математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов

2.3. Использование многоагентной технологии для построения математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов

2.4. Проверка адекватности математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов

Выводы и результаты по второй главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ МОБИЛЬНЫХ

РОБОТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ МНОЖЕСТВА ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЗАДАЧ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

3.1.Исследование показателей эффективности управления группой мобильных роботов

3.2 Алгоритмизация процесса формирования управляющего воздействия для группы мобильных роботов

3.2.1 Анализ методов многокритериальной оптимизация для решения задачи управления группой роботов

3.2.2 Система ограничений процесса поиска Парето-оптимального управления

3.2.3. Построение множества стратегий для группы мобильных роботов

3.2.4. Решение задачи оптимизации управления группой мобильных роботов

3.3. Алгоритмы процесса поиска Парето-оптимального управляющего воздействия группы мобильных роботов

3.4. Формализация взаимодействия роботов в группе при поиске Парето-оптимального

множества стратегий

3.5 Разработка архитектуры системы управления группой роботов

Выводы и результаты по третьей главе

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ

4.1. Техническая реализация системы управления группы роботов

4.2 Реализация взаимодействия роботов группы

4.3. Расчетный пример задачи нахождения оптимального управления для группы мобильных роботов

4.4. Оценка эффективности системы управления группой мобильных роботов

Выводы и результаты по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ АРХИТЕКТУРЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ РОБОТА

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. МАТЕРИАЛЫ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.Свидетельство о государственной регистрации программы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы управления группой мобильных роботов»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время сфера робототехники характеризуется расширением применения роботов в промышленной, бытовой и социальной сферах. Одним из показателей данного процесса является повышение не только общего количества бытовых роботов, но и рост процентного отношения мобильных к общему количеству роботов (рис.1).

20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00

■ промышленные роботы ■ Бытовые роботы

Щ К

17,00

Кг'--¿9 ??;

7,30 10цшш ЕзЕ

И,50! 1*1.205

[_0 95 л № 8-1.00.

2006 2007 2008 2011

Рисунок 1. Тенденция роста количества роботов в мире

Количество роботов за период 2008-2011 год возросло в два раза с 8,6 до 18,2 млн. по данным [86]. При этом количество промышленных роботов в период 2008-2011 год снизилось, что обуславливается сложной экономической ситуацией в мире, но при этом мобильных роботов возросло более чем в 2,5 раза. Данный факт обуславливается повсеместным внедрением мобильных роботов для транспортировки деталей на промышленных объектах, вследствие резкого снижения цены и повышения грузоподъемности данного типа устройств. Однако аналитики утверждают, что в ближайшем времени рост спроса на мобильные робототехнические устройства может резко замедлится, так же как и на роботы-манипуляторы.

Расширение сфер применения мобильных роботов в промышленности и быту приводит к необходимости использования групп роботов ввиду неэффективности решения комплексных задач одиночным устройством [3].

Проблема группового управления роботами возникла практически сразу, как только первые роботы появились на производственных предприятиях. Применение роботов эффективно при условии большого их количества и выполнения большинства технологических операций непосредственно ими. При этом роботы должны работать согласованно друг с другом внутри группы и с другим технологическим оборудованием, таким образом, сформулируем основную задачу группового управления - это совместное связное управление несколькими роботами с целью выполнения общей операции с определенным распределением между ними отдельных ее частей [20].

Группа роботов является сложной системой; эффективность выполнения ею задач характеризуется двумя основными технико-экономическими показателями: скорость выполнения задачи и затраченные на это ресурсы, которые определяются качеством управления группой мобильных роботов [15].

Основные результаты исследований в области группового управления мобильными роботами содержатся в работах российских ученых Юревич Е.И., Каляев И.А., Капустян С.Г., Каляев A.B., Занкевич С.Л., а так же зарубежных ученых Brumitt B.L., Funato D., Conn, N.R., Stenz A., Dias M.B.

В настоящее время разработан ряд методов и алгоритмов реализации управления группой роботов в стационарных условиях для достижения множества задач. Но данные решения не могут быть использованы при условии взаимосвязи между поставленными задачами, вследствие сложной сетевой структуры множества. Взаимосвязь задач определяется условием невыполнения последующей задачи при не достижении цели предыдущей. Это обусловливает актуальность темы исследования, которое соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ («Информационно-телекоммуникационные системы»), и критическим технологиям («Технологии распределенных вычислений и систем»).

Целью работы является повышение эффективности управления одноранговой группой мобильных роботов при решении взаимосвязанных задач.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- разработать методику построения математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов с учетом взаимодействия задач;

- построить математическую модель группы роботов и множества задач с сетевой структурой на основе предложенной методики;

- синтезировать алгоритм группового управления роботами для решения множества взаимосвязанных задач в единой рабочей зоне;

- реализовать систему управления группой мобильных роботов при решении множества задач с сетевой структурой;

- построить физическую модель группы мобильных роботов для проведения экспериментальных исследований, а так же для проверки адекватности математической модели и работоспособности алгоритмов;

- провести анализ и оценить результативность и эффективности предложенных моделей и алгоритмов управления группой мобильных роботов.

Объект исследования: децентрализованная группа мобильных роботов.

Предмет исследования: модели и алгоритмы управления одноранговой группой мобильных роботов.

Методы исследования: Методы системного анализа, теории управления и многоагентных систем, математического моделирования, методы оптимизации.

Научная новизна работы:

- создана методика построения математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов, описывающая задачи и роботов в единой многоагентной среде, отличающаяся учетом взаимосвязей между задачами, что позволяет определить эффективность их выполнения;

- разработан алгоритм поиска Парето-оптимального управления, отличающийся использованием метода справедливых компромиссов, позволяющий синтезировать стратегию выполнения группой мобильных роботов множества задач с сетевой структурой;

- предложена распределенная архитектура системы управления группой мобильных роботов, отличающаяся координацией работы роботов на основе обмена информационными сообщениями, позволяющая определить управляющее воздействия для решения задач с иерархической структурой.

Практическая ценность работы:

- реализована программа построения математической модели рабочей зоны группы мобильных роботов, позволяющая определить эффективность выполнения взаимосвязанных задач каждым из роботов группы;

- создано программное обеспечение системы управления децентрализованной одноранговой группой мобильных роботов, позволяющая повысить эффективность решения множества взаимосвязанных задач [11];

- разработана физическая модель, состоящая из трех мобильных роботов, позволяющая проводить экспериментальные исследования для проверки адекватности математической модели и работоспособности алгоритмов.

На защиту выносятся:

- методика построения математической модели рабочей зоны группы роботов, учитывающая взаимосвязь между поставленными задачами;

- математическая модель рабочей зоны группы роботов;

- алгоритм поиска Парето-оптимального управления группы мобильных роботов для решения взаимосвязанных задач;

- система управления одноранговой группой мобильных роботов для решения множества взаимосвязанных задач.

- результаты исследования эффективности и результативности предложенных моделей и алгоритмов.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждается корректным использованием математических методов, компьютерным моделированием, проверкой адекватности модели, результатами физического моделирования, соответствием основных теоретических положений и выводов практическим результатам, полученным на основе разработанных моделей.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на Международных научно-технических конференциях: «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2010; Харьков, 2012, Нижний Новгород, 2013); «International congress on information technologies-2012» (Саратов, 2012), «Наука вчера, сегодня, завтра» (Новосибирск, 2013).

Исследования поддержаны Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «СТАРТ» (2012 гг.).

Сконструированные в рамках исследования роботы принимали участие во Всероссийских соревнованиях «Робофест-2011/2012/2013», на которых заняли призовые места и победили в конкурсе «National Instruments».

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 11 публикациях, в том числе 3 статьях в центральных научно-технических журналах, рекомендуемых ВАК РФ, 1 статья в научно-техническом журнале, аккредитованном в системе рецензирования «Scopus», в 5 трудах Международных научных конференций, получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Без соавторства опубликовано 2 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Основная часть работы изложена на 111 страницах, содержит 33 рисунка, 6 таблиц, список литературы, состоящий из 118 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов, и приложения.

В первой главе приведена классификация задач, решаемых с применением групп роботов, описан процесс управления группой роботов, показана необходимость применения методов оптимизации, приведена теоретико-множественная модель группы мобильных роботов. Выполнен обзор методов управления группой мобильных роботов на основе их классификационного деления на: автоматные модели, многоагентные системы, роевые алгоритмы и имитационные модели. На основе проведенного анализа сделан вывод о целесообразности использования технологии многоагентных систем.

В рамках исследования определен класс решаемых задач, путем введения системы ограничений: группа роботов функционирует в стационарных условиях; на площади рабочей зоны нет динамических препятствий, такт управление - время, в течение которого состав группы постоянен (изменение состава происходит при неисправности робота, снижение заряда батарей до минимального значения).

Вторая глава посвящена разработке методики построения многокомпонентной математической модели группы мобильных роботов, включающее множество взаимосвязанных задач. Построение модели происходит на основании многоагентной технологии. Структура модели представляет собой совокупность агентов-акторов, описывающих задачи, и агентов, описывающих роботов. Данные, на основе которых происходит построение, получены по средствам датчиков и ввода оператором. Синтезирована модель группы роботов, состоящей из 3 роботов, перед которыми поставлена задача патрулирования 30 точек. Проведена схема адаптации модели и проверена ее адекватность с использованием критерия Фишера.

В третьей главе рассмотрен алгоритм управления группой мобильных роботов для решения множества взаимосвязанных задач с использованием многокомпонентной модели на основе методов многокритериальной оптимизации. Выбран метод многокритериальной оптимизации, определенны критерии и ограничения оптимизации. Синтезирован алгоритм поиска Парето-оптимального множества стратегий для группы мобильных роботов. Доработана модель взаимодействия роботов в группе, позволяющая обмениваться информацией между роботами группы, с целью нахождения Парето-оптимального множества стратегий. Разработана структура управления группой роботов, позволяющая выполнять множество поставленных задач, вырабатывать множество стратегий и контролировать проведение работ оператором. На основе предложенных алгоритмов разработана архитектура системы управления группой роботов.

В четвертой главе представлена техническая реализация системы управления группой мобильных роботов для решения множества взаимосвязанных задач группой роботов. Проведено физическое моделирование группы роботов, с целью проверки работоспособности разработанных алгоритмов и проверки эффективности. Проведена оценка эффективности разработанной системы управления группой мобильных роботов на основе имитационного моделирования.

В диссертационной работе решается важная научная и прикладная задача синтеза управляющего воздействия для группы мобильных роботов, позволяющее координировать решение общей декомпозиционной цели с сетевой структурой.

ГЛАВА 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ ГРУППАМИ РОБОТОВ В СТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ.

Системы управления группами роботов являются сложными многокомпонентными системами, поэтому незначительное снижение качества управления группой роботов приведет к существенному снижению качества выполнения задачи. При построении системы управления необходимо учесть особенности формирования группы роботов, действующие на нее возмущающие воздействия, внутрисистемные параметры, а также провести обзор существующих решений систем управления и используемый для этих целей математический аппарат.

1.1.Описание процесса управления группами мобильных роботов.

Групповое управление - это глобальная проблема, актуальная для многих сфер жизни. Везде, где существует некоторая группа живых или технических объектов, которая должна совместно выполнить некоторую работу или решить некоторую задачу, возникает проблема управления этой группой. Любая техническая система, состоящая из отдельных узлов, которые должны работать согласовано, может рассматриваться как объект группового управления [12].

В технической сфере проблема группового управления наиболее актуальна для робототехники. Задача группового управления роботами возникла практически сразу, как только они появились на производственных предприятиях [30]. Применение роботов эффективно при условии их большого количества и выполнения большинства технологических операций непосредственно ими. При этом роботы должны работать согласованно друг с другом внутри группы и с другим технологическим оборудованием, таким образом, сформулируем основную задачу группового управления - это совместное связное управление несколькими роботами с целью выполнения общей операции с определенным распределением между ними отдельных ее частей[20].

Простейшим случаем группового управления в робототехнике является управление системой приводов одного робота с целью обеспечения заданных перемещений его рабочего органа. В частном случае объектом управления является группа роботов, а именно совокупность однотипных решений, имеющих схожую конструкцию, программное обеспечение и объединенных общей целевой задачей. На первых этапах

развития робототехники применялось централизованное разомкнутое управление. С развитием адаптивного и интеллектуального управления роботами все более четко просматривается тенденция децентрализации за счет распределения задач между отдельными роботами внутри группы[13].

Одна из задач группового управления мобильными роботами - координация их работы в стационарных условиях. Примером такой задачи является организация группового управления роботами, предназначенными для транспортировки грузов в складских помещениях [93]. В этом случае мобильные роботы внутри группы взаимодействуют в условиях заранее предопределенной внешней среды с целью решения общей декомпозированной задачи.

Более сложная задача группового управления - обеспечение совместной работы группы роботов, функционирующих в заранее неизвестных условиях реальной среды. Пример данного типа - задача получения максимальной прибыли группой программных роботов-трейдеров в условиях свободной рыночной экономики. [102,105].

Наиболее сложная задача при управлении группой мобильных роботов -функционирование в условиях противодействия, где несколько групп мобильных роботов функционируют в единой рабочей среде для достижения взаимоисключающих целей. Моделью для отработки методов и алгоритмов группового управления роботов в условиях противодействия является игра двух групп роботов в футбол [44].

В общем случае процесс решения задачи посредством группы роботов можно представить в виде структуры (рис. 1.1): входного множества решаемых задач, канала обмена информацией, системы управления роботом (СУР) и внешней среды. Главной задачей группового управления является выработка управляющего воздействия для выполнения множества задач. Каждый из роботов выбирает набор задач, которые ему необходимо выполнить. При этом каждый из роботов оснащен сенсорной системой, которая формирует информацию о внешней среде в дискретный момент времени и передает ее обратно в СУР. При этом система управления корректирует план реализации задачи.

На вход СУР поступает информация о множестве задач, состоянии других роботов группы и о задачах выполняемых роботами группы. СУР синтезирует управляющее воздействие и(1:), путем поиска последовательности выполняемых задач (стратегии) и передает непосредственно роботам, обратно получая вектор состояния робота 8(0 для

корректировки управляющего воздействия. Роботы непосредственно взаимодействует с внешней средой, принимая с помощью сенсорной системы роботов вектор ее состояния. Взаимодействие роботов происходит по каналу обмена информацией, по которому передается данные об их состоянии.

С

Множество задач

Канал обмена инфорацией

тт

ит зю

ТТ

и(1) эй)

Система ' Система

Управления Управления

Роботом Роботом

ТТ * *

3

Система Управления Роботом

Рисунок 1.1. Обобщенная схема процесса управления группы роботов А(0 - вектор действий робота, 8(0 - вектор состояний робота, Е(0 - вектор состояний внешней среды, 1/(0 - вектор управления роботом

В общем случае задача группового управления роботов формируется следующим образом: для группы роботов Я необходимо выбрать вектор управляющих воздействий и* = {ии^,..., и^}, необходимый для выполнения множества задач 2, обеспечивающих максимум функции эффективности.

Задача управления группой роботов (Я) сводится к формированию управляющего воздействия (Ц) для решения группы задач (2?) за фиксированный промежуток времени (г) с максимальным качеством При этом общий случай цель управления группой роботов не учитывает взаимовлияние задач друг на друга, а также различную ценность

их выполнения. Вследствие этого управление группой мобильных роботов в общем виде нельзя использовать при управлении мобильными роботами в закрытых помещениях с конечным количеством возможных траекторий движения (для задач, обладающих различной ценностью). Для формулирования управления в частном виде выделим входные и выходные параметры для группы роботов, каждого из роботов, группы задач и каждой из задач.

Определены входные параметры системы группового управления роботами. Основными параметрами каждой из задач Zn множества Z являются:

- Рп - цена задачи Z„\

- необходимые энергозатраты для выполнения задачи Z„;

- взаимовлияние задачи Zn с остальными задачами множества Z; Основными параметрами множества задач Z является:

- N - количества задач во множестве Z;

- Qmax - максимальная суммарная ценность задач множества Z.

Основным параметром робота Rm множества R является его энергоемкость - при этом данный параметр зависит от времени работы робота е^ = f(t). Дополнительным параметром робота - критическое значение энергоемкости s^, при котором робот не может выполнять последующие задачи и отправляется к зарядной станции.

Разделим процесс анализа информации системой управления группы промышленных роботов на два основных режима: получение статической и динамической информации. К статической относится информация, которая постоянна при изменении задач поставленных перед группой роботов, т.е. эта информация о технических параметрах роботов, параметров взаимодействия задач между собой.

К динамической информации относятся данные о поставленных перед группой роботов задачах, анализ которых необходимо произвести автоматически во время выполнения самих задач, на основе датчиков, установленных на роботах.

При этом входные параметры каждой из задач должны быть проанализированы для выявления взаимодействия между ними. Результат анализа информации каждой из задач строго структурирован и привязан непосредственно к решаемой задаче. Анализ взаимосвязанных задач расположенных в единой рабочей зоне происходит с использованием информации о группе мобильных роботов.

1.2. Теоретико-множественное системное моделирование группы мобильных роботов.

Определена частная задача общего случая управления группой мобильных роботов, приведенную в [п. 1.1]: необходимо распределить множество задач 2={21,22,...,2п} с определенной ценой из множества Р={Р ¡,Р2,Рп}, соответствующий элементам множества задач 2, между множества роботов Я={Я1,Я2,...,Ят}, а также решить задачи с установленным качеством 0~^тах за отрезок времени т.

Данная задача рассмотрена с точки зрения теоретико-множественной постановки. В каждый момент времени ^ временного промежутка Т множество Ъ может быть разделено на три подмножества: 2 = {2оигт, 2рег21п}; где 2рег^ с 2- подмножество задач выполняемых в момент времени 2Ы с Z- подмножество задач ждущих выполнения, 2оШ с 2- подмножество выполненных задач в момент времени tf•. 2 = 2^ и 2от и 2рег^ и 0 = 2^ П 2ои1 П 2рег^.

Нефиксированный промежуток времени т (такт управления) имеет продолжительность момента времени от момента ту до ту+1, т е (ту; ту+1), где ту -момент времени, когда 2¿п П 2 = 1 (множество задач 2 состоит только из подмножества 21п); ту+1 - момент времени изменения внешних или внутренних условий функционирования системы (изменение цены задачи 2, оператором, выход робота из группы из-за неисправности, либо из-за окончания энергоресурса), момент начала новой итерации. Соответственно в течение промежутка времени т любая задача 2д в момент ту принадлежащая подмножеству 2Ц 6 2Ы, сначала выполнения в дискретный момент времени т^ перейдет в подмножество 2рег^ (2Я 6 2рега при окончании выполнения в момент времени тк, задача 2д будет принадлежать подмножеству 20Ш (2Я е 2оШ).

Множество роботов Я можно представить в виде множества целевых задач группы роботов, являющимся семейством подмножеств множества 2, состоящего из целевых задач каждого из роботов множества Я. Таким образом, подмножество Я, семейства подмножеств Я множества 2 есть подмножество, состоящее из элементов множества 2, являющихся целевыми задачами /-ого робота: Я^ с Я(2~).

При этом подмножества входящие в семейство подмножеств 11(2) не пересекаются:

V с Я{2) ПЯу с Я(2)) = 0 (1.1)

Однако множество задач Z может не являться объединением непересекающихся подмножеств семейства R(Z), так как они могут не включать в себя все элементы множества задач:

Z Ф /?! U R2 U ...u Rn (1.2)

где Vfy с R(Z), где i Е [1 ;п].

При разработке системы управления группой мобильных роботов, необходимо учитывать, что множество задач Z, состоящее из п элементов inf(Z) = п, больше множества роботов R, состоящего из ш элементов inf(R) = т, то есть п » т.

Робот Rj из семейства подмножеств R в дискретный момент времени ту+1 может выйти из множества вследствие неисправности или минимума заряда батареи.

Для учета данного ограничения необходимо производить распределение задач из множества Z среди роботов группы R в каждый момент ту+1 выхода робота Я, из R, то есть такт управления системой группового управления роботами должен быть не фиксированным на временном промежутке Т.

Множество Z включает элементарные задачи, которые не могут быть декомпозированы на более простые и выполняются только одним роботом. В начальный момент такта управления ценность /-ой задачи множества Z постоянна PL = const.

В момент выполнения задачи Тд е (ту_г)ту), где ту_г - момент окончания предыдущего такта управления, а ту - момент окончания настоящего такта управления, планируемая ценность задачи равняется 0. При этом для задачи Z, ее ценность устанавливается равной 0, до выполнения настоящего такта управления: Pt = 0, при t е IУд) Ту]. На следующем такте управления при распределении задач из множества Z между роботами множества R, задаче Z, присваивается исходная планируемая цена />,.

Задачи, принадлежащие множеству Z, сложно структурированы и иерархически связанны, как следствие необходимым условием для выполнения задачи Z,„ является выполнение предшествующих задач Z,„_/, Zin.2. Соответственно, у каждой задачи Z,„ множества Z, должен присутствовать аспект, отвечающий за связь с другими задачами и разделяющий задачи на предков (задачи при условии выполнения которых, роботом Rh возможно перейти к выполнению задачи Z,„) и потомков, задачи к выполнению которых, робот Rh может перейти при условии выполнения задачи Z,„. Тогда множество Z, может быть разделено на семейство подмножеств Z*(Z), состоящее из подмножеств, содержащие задачи связные между собой:

(1.3)

Для любой задачи Zk существует подймножество

принадлежащее

подмножеству множества 2, и включающее в себя элемент 2к и связные с ним элементы

Роботы множества Я, имеют общую рабочую зону, при этом любой робот Я, имеет возможность выполнить любую задачу 2у\

При этом два или более роботов из множества Я, не могут выполнять одну и ту же задачу 2У из множества 2, или компоненты связанные с ней. Соответственно, подмножество Я, включает в себя не только элемент 2У, но и соответствующее ему подмножество , состоящее из связных компонентов, таким образом, должно выполняться условие, что два подмножества множества 2, не

пересекаются:

Таким образом, множество задач 2 можно представить в виде структуры (рис. 1.2) учитывающей влияние задач друг на друга и их распределение между роботами.

Структура множества задач 2 состоит из 5 уровней. Первый - единая недекомпозированная задача с сетевой внутренней структурой, поставленная перед группой роботов; второй уровень - состояние задач, на данном уровне представлены три подмножества, в которых распределены элементы множества задач 2 в зависимости от состояния: ждущие выполнения, выполняемые, выполненные; третий- семейство подмножеств целевых задач роботов, четвертый - семейство подмножеств, выражающих взаимовлияние задач друг на друга, пятый уровень состоит из элементарных задач.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Проталинский, Игорь Олегович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Аладьев В.З. Классические однородные структуры. Клеточные автоматы. - Изд. Фултус, 2009, 535 с.

2 Антонов A.C. Введение в параллельные вычисления: Методическое пособие - М.: МГУ, 2002., 69 с.

3 Аржанин A.B. Вашемков O.E. Мобильный робототехнический комплекс «Невская стрела» // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. № 2. С. 23 - 27.

4 Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. - М.:Мир, 1979. С.38-42.

5 Бабиков И.А., Полупанов И.В. Построение нечетких моделей на основании информации низкой достоверности =. В кн.: Тезисы докладов VI всесоюзной конференции «Математические методы в химии», ч.2, Новочеркасск, 1989, с. 178.

6 Баранов Д.Н. Разработка интеллектуальной системы управления мобильным роботом на основе следящей системы технического зрения и нечеткой логики / Автореф. канд. дисс. Москва. Станкин. 2008, с. 214.

7 Бернштейн H.A. Биомеханика и физиология движений. Избранные психологические труды. Под ред. В.П. Зинченко. Москва-Воронеж: 1997. 608с.

8 Битанов А.Ф., Грицын С.И., Муракин C.B. Робототехнические комплексы для обеспечения специальных операций // Специальная техника. 1999, № 6. С. 23 - 34. 1.64

9 Бородин.В.А., Проталинский И.О. Система интерпретирования голосовых команд для управления мобильным роботом.//Сборник трудов XXVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» , 2013 т.8., С.80-84

10 Букатов A.A. Программирование многопроцессорных вычислительных систем / A.A. Букатов, В.Н. Дацюк, А.И. Жегуло. Ростов-на-Дону. Издательство ООО «ЦВВР», 2003, с.52.

11 Бурдаков С.Ф., Юдин И.В. Управление движением мобильного робота по качественной информации о координатах цели // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. № 9. С. 35 - 40

12 Варшавский В.И., Поспелов Д.А. Оркестр играет без дирижера: размышления об эволюции технических систем и управления ими. -М.:Наука, 1984, -208с.

13 Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектному управлению. I. // Изв. РАН. ТиСУ, 2001. № 1. - С. 5-22.

14 Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектному управлению. II. // Изв. РАН. ТиСУ, 2001. № 2. - С.5-21.

15 Гаазе-Раппопорт М.Г., Поспелов Д.А. От амебы до робота: модели поведения. -.:Наука, 1987,-288 с.

16 Гаврилов A.B., Губарев В.В., Джо К. -X., Ли X. -X. Гибридная система управления мобильным роботом // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. № 7. С. 30-37.

17 Гайдурин В.А., Капустян С.Г., Мельник Э.В. Алгоритм коллективного улучшения плана в задачах распределения ресурсов многопроцессорных информационно-управляющих систем//Вестник компьютерных и информационных технологий. 2007 №12. С.40-50.

18 Городецкий В.И. Коллективное поведение автономных агентов (с приложением к командной работе автономных подводных роботов) // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2004 №7. С.53-67.

19 Городецкий В.И. Многоагентные системы: основные свойства и модели координации поведения// Информационные технологии и вычислительные системы. -1998.- №1. - с.22-34

20 Городецкий В.И., Серебряков C.B., Троцкий Д.В. Средства спецификации и инструментальной поддержки командного поведения автономных агентов // Изв ЮФУ. Технические науки № 3 (116). 2011 г. с 23-41

21 Длусский Г.М. Муравьи рода Формика -М.: Наука, 1967, с.47.

22 Добрынин Д.А., Карпов В.Э. Управление мобильным роботом на основе механизма центральных моторных программ // Вторая Международная конференция "Системный анализ и информационные технологии" САИТ-2007 (10-14 сентября 2007 г., Обнинск, Россия): Труды конференции. В 2 т. Т.1 -М.:Издательство ЛКИ, 2007. - с. 24-28.].

23 Дракин В.И., Попов Э.В., Преображенский А.Б., Общение конечных пользователей с системами обработки данных. - М.: Радио и Связь, 1988. - 288с.;

24 Захаров A.A. Муравей, семья, колония.-М.: Наука, 1978. 87с.

25 Захаров И.Г. Обоснование выбора. Теория практики. - Спб: Судостроение, 2006., С. 45-76.

26 Зенкевич C.JL, Космачев П.В. Управление движением мобильного робота в неподвижную точку // Мехатроника, автоматизация, управление. 2010. № 3. С. 21

27 Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред. И.М.Макарова, В.М.Лохина.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.- 576 с.

28 Искусственный интеллект: Справочник / Под ред. Д.А.Поспелова, в 3 т. - М.: Радио и связь, 1990. 34 с.

29 Каляев И.А. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов / И.А. Каляев, А.Р. Гайдук, С.Г. Капустян. / М.: Физматлит. 2009. 280 с.

30 Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного поведения в группах роботов. -М.: Физматлит, 2009. -280 с.

31 Каляев И.А., Капустян С.Г. Проблемы группового управления роботами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. № 5. С. 4 - 14.

32 Каляев И.А., Капустян С.Г., Усачев Л.Ж. Основы построения распределенных систем управления коллективами роботаУ/Информационные технологии. 2006.№5.с13-18

33 Карпенко Л.Д., Филиппович Д., Иветич В., Маклецова М.Г. Пластичность нейронных сетей в ЦНС виноградной улитки // Материалы Международных чтений, посвященных 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР, акад. АН АрмССР Э.А.Асратяна, 30 мая 2003. С. 45-57

34 Карпов В.Э., Добрынин Д.А. Моделирование некоторых простейших форм поведения: от условных рефлексов к индуктивной классификации // Труды I международной конференции «Системный анализ и информационные технологии» САИТ-2005 (12-16 сентября 2005 г., Переславль-Залесский, Россия), М.: КомКнига, Т.1, С. 188-193.

35 Карпов В.Э. Импринтинг и центральные моторные программы в робототехнике //IV-я Международная научно-практическая конференция "Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте" (28-30 мая 2007 г.) Сб. научн. трудов, М.: Физматлит, 2007, 1, с.322-332.

36 Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии: 4-е.изд., перераб., доп.-М.:Химия, 1985, (учеб. для вузов), 448 с

37 Кротов В.Ф.,Лягоша Б.А. Основы теории оптимального управления/ Под. ред. В.Ф.Кротова. - М.: Высшая школа, 1990. -430 е.,

38 Кулагина О. С., Об одном способе определения грамматических понятий на базе теории множеств, в сб.: Проблемы кибернетики, в. 1, М., 1958. С. 113-126.

39 Ларичев О.И. теория и методы принятия решений - М.: Логос, 2000. С.154-167.

40 Луговской В. "Распределенный мозг" муравьиной семьи // Наука и жизнь, №3, 2007. С. 210-216.

41 Лукинов А.П. Проектирование мехатронных и робототехнических систем М.: Лань, 2012 С 271

42 Лотов A.B., Бушенков A.B., Каменев A.B., Черных О.Л. Компьютер и поиск компромисса. Метод достижимых целей. - М.: Наука, 1997. С. 59-67.

43 МакКоннелл Дж. Основы современных алгоритмов. - М.: Техносфера, 2004. 368с.

44 Малолетов A.B., Лещенко Р.В., Лепетухин К.Ю., Ветошкин Е.В. Стратегия управления коллективом робототехнических объектов // Искусственный интеллект-2002: Материалы Межд. науч.-техн. конф,- Таганрог: изд-во ТРТУ, 2002. -253-256 с.

45 Минский М. Фреймы для представления знаний / Пер. с англ.- М.: Энергия, 1979, 152 с.

46 Москвин Д.А., Калинин М.О. Перспективы использования многокритериальной оптимизации при управлении безопасностью информационных систем - Т.: Доклады ТУСУРа, №2 (18), часть 1, 2008. С. 49-56.

47 Охоцимский Д.Е., Павловский В.Е., Плахов А.Г., Туганов А.Н., Система моделирования игры роботов-футболистов // Мобильные роботы и мехатронные системы: Материалы науч. конф. - М.: Изд-во МГУ,2000.-с.288.

48 Павловский В.Е., КириковаЕ.П. Моделирование управляемого адаптивного поведения гомогенной группы роботов // Искусственный интеллект. 2002, № 4, с. 596605.

49 Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам статистики. М.: Финансы и статистика, 1982. - 344 с.

50 Поспелов Д.А. От коллектива автоматов к мультиагентным системам // Труды международного семинара «Распределенный искусственный интеллект и многоагентные системы»(ОА1МА8'97, Санкт-Петербург, Россия,15-18 июня 1997).- С.319-325.

51 Проталинский И.О. Математическая модель группы мобильных роботов для решения множества взаимосвязанных задач. //Сборник трудов XXVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ,2013 т.8., С.107-110

52 Проталинский И.О. Фреймовая модель распределения взаимосвязанных задач в рабочей зоне группы мобильных роботов//Сборник трудов XXVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» , 2013 т.8., С.77-80

53 Проталинский И.О.,Кирилин С.А.,Елизаров Д.В. Универсальная мобильная платформа для роботов, обслуживающих социальную и бытовую сферу// Вестник Астраханского Государственного Технического Университета. Серия: Управление,вычислительная техника и информатика, выпуск 2/2011.С.34-38

54 Проталинский И.О., Щербатов И.А., Архитектура системы взаимодействия промышленных манипуляторов.// Вестник Астраханского Государственного Технического Университета. Серия: У правление,вычислительная техника и информатика, выпуск 2/2009. С.76-83.

55 Проталинский И.О., Щербатов И.А., Исследование эффективности группового управления роботами методом имитационного моделирования // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. Т. 4. № 2с. С. 34-37

56 Проталинский И.О., Щербатов И.А., Координация работы промышленных манипуляторов на основе сенсорной информации// Сборник трудов XXIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ,2010 т.6., С.234-236

57 Проталинский И.О., Щербатов И.А., Координация работы промышленных манипуляторов на основе сенсорной информации// Датчики и Системы.2010 №8(135). С.28-32

58 Рыбина Г.В. Основы теории и технологии построения интеллектуальных диалоговых систем. Курс лекций. -М.: МИФИ, 2005. -132с

59 Степанов П.В., Проталинский И.О. Определение траектории движения интеллектуального мобильного робота в среде с подвижными объектами.//Сборник трудов XXVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» , 2013 т.8., С.84-87

60 Стефанюк В. JI. Локальная организация интеллектуальных систем. -М.: Физматлит, 2004. - 328с.

61 Стефанюк В.Л., Цетлин М.Л. О регулировке мощности в коллективе радиостанций //Проблемы передачи информации. - 1967. - Т.З. - N.4. - С.59-67.

62 Стрейц В. Возможности иабулирования оптимальных процессов регулирования и полученные до сего времени результаты// Труды I конгресса IFAC.-M.,1961.-,t.1.-C.123-139

63 Строев В.И. Системы с искусственным интеллектом в сухопутных войсках // Зарубежное военное обозрение. 1997. №3. С27-30.

64 Топорков В.В. Модели распределенных вычислений.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. -320 с.

65 Финкельштейн Ю.Ю. Приближенные методы и прикладные задачи дискретного программирования. М.:Наука 1976. 114 с.

66 Штовба С.Д. Муравьиные алгоритмы // Exponenta Pro. Математика в приложениях, 2003. с.70-75

67 Штойер Р. Многокритериальная оптимизация: теория, вычисления и приложения - М.: Радио и связь, 1992. 218 с.

68 Цетлин М.Л. Исследования по теории автоматов и моделированию биологических систем. М.:Наука,1969. 316с.

69 Цой С., Цхай С.М. Прикладная теория графов. - Алма-Ата: Наука, 1971.-500с

70 Электр, ресурс. http://ru.wikipedia.org/wiki/BigDog

71 Электр, ресурс. http://ru.wikipedia.org/wiki/IRobot

72 Электр, ресурс. http://ru.wikipedia.org/wiki/Swarmbot

73 Электр, ресурс, http://systemsauto.ru/another/automatic_driving.html

74 Электр, ресурс. http://www.clubofbologna.org/ew/documents/KNR_Moeller.pdf

75 Электр, ресурс, http://www.cnde.edu/staff/swormley/gps/gpsaccuracy.html.

76 Электр. ресурс. http://www.dematic.com/com/Produkte/Lagertechnik/Dematic-Multishuttle/Dematic-Multishuttle-Move/page49886.htm

77 Электр. ресурс. http://www.engadget.eom/2009/10/29/fuji-heavy-industries-outs-friendless-autonomous-farming-robot/.

78 Электр, ресурс, http://www.fizoptica.com

79 Электр. ресурс. http://www.gizmag.com/toyota-autonomous-prius-hybrid-tokyo-motor-show/20554/

80 Элeктp.pecypc.http://www.infox.ru/hitech/tech/2011/12/26/Prospero_pyervyy.pht

ml

81 Электр, ресурс, http://www.kivasystems.com

82 Электр, ресурс. http://www.melexis.com/Inertia-Sensors/Inertia-Sensors/Angular-Rate-Sensor-582.aspx

83 Электр, ресурс, http://www.optolink.com

84 Электр, ресурс. http://www.rlocman.ru/news/new.html?di=l 12114

85 Электр, ресурс, http://www.sensorica.com

86 Электр, ресурс, http://www.siliconsensing.com/gyros

87 Электр, ресурс. http://www.used-robots.com/articles.php?tag=1790

88 Электр, ресурс, http://www.vti.fi/en/products/accelerometers/sca3100-accelerometers

89 Электр, ресурс, http://www.vti.fi/en/products/gyroscopes/scrl 100-gyroscopes

90 Электронный ресурс analog.com

91 Электронный ресурс optolink.com

92 Электронный ресурс http://www.businessinsider.com/countries-where-robots-are-taking-over-2012-12

93 Электронный ресурс http://i-swarm.org/MainPage/Project/P_Overviewl.htm

94 Электронный ресурс http://www.swarm-bots.org/

95 Электронный ресурс http://www.ai.sri.com/centibots

96 Электронный ресурс http://www.swarmanoid.org/

97 Эмоции роботов //XII национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2010 (20-24 сентября 2010 г., Тверь): Труды конференции, М.: Физматлит, 2010, 3, с.354-368.

98 Эндрюс Г.Р. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. 174 с.

99 Юревич Е.И. Интеллектуальные роботы: Учебное пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 2007. - 360 с.

100 Юревич Е.И. Основы робототехники. СПб.: БХВ-Петербург. 2005. 79 с.

101 Юрьевич Е.И. О проблеме группового управления роботами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. №2.С 9-13.

102 Юрьевич Е.И. Принципы группового управления роботами // Экстремальная робототехника-2003: материалы научной молодежной школы.- Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. - С.165-171.

103 Alami R., FleuryS.,Herrb М., Ingred F., Robert F. Multi-Robot Cooperation in the MARTHA Project // IEEE robotics&Automation magazine. 1998. V.5/ No 1. P. 36-47

104 Cetnarovicz E.,Nawarecki E., Cetnarowicz K. Agent-oriented Technology of Decentralized systems based on the M-agent Architecture// Preprints of IFAC/IFIP Conference on Management and Control of Production and Logistics (MCPL'97, Campinas, Sp, Brazil, August 31 - September 1997). Vol.2. -P.486-491

105 Cohen P. and Levesque H.J.. Teamwork. Nous, 35, 1991. P. 321

106 Conn, N.R., N.I.M. Gould, and Ph.L. Toint, Trust-Region Methods, MPS/SIAM Series on Optimization, SIAM and MPS, 2000.; Censor, Y., "Pareto Optimality in Multiobjective Problems, " Appl. Math. Optimiz., Vol. 4, 1977.P 41-59

107 Dias M.B, Stenz A. A Free Market architecture for Distributed Control of a Multirobot System// Proc. Of the 6th Intern. Conf. On IntelegentAutomous System (IAS),Vinece,Italy,July 2000. P.318-330.

108 Nissan EPORO Robot Car "Goes to School" on Collision-free Driving by Mimicking Fish Behavior - Advanced Robotic Concept Debuts at CEATEC JAPAN 2009. P. 119-134.

109 Marchant, G., Allenby, В., Arkin, R., Barrett, E., Borenstein, J., Gaudet, L., Kittrie, O., Lin, P., Lucas, G., O'Meara, R., and Silberman, J., 2011. "International Governance of Autonomous Military Robots", Columbia Science and Technology Law Review, Vol. XII, 2011-P. 272-315

110 Motee N., Ali Jadbabaie A., G. J.: A duality approach to path planning for multiple robots.ICRA 2010: p.935-940;

111 Minsky M. The Society of Mind.-New York: Simon and Shuster,1986.P.85-87

112 Protalinskii I.O., Sherbatov I.A., Shishkin N.D. Optimal Strategy Synthesis for a Group of Mobile Robots with Variable Structure// World Applied Sciences Journal 24 (Information Technologies in Modern Industry, Education & Society), 2013, P.268-275

113 Tambe M. Towards Flexible Teamwork. Journal of Artificial Intelligence Research, 7, 1997, P. 83-124

114 Timofeev A.V. Neural Multi-Agent and Operations research for Multi-Agent Robot Systems // International Autonomous Systems: Intern. Scientific Issue. - Karlsruhe-Ufa: USATU, 1998.-P.119-124.

115 Rybski, P., Stoeter, S., Gini, M., Hougen, D., and Papanikolopoulos, N.P., "Performance of a Distributed Robotic System Using Shared Communications Channels: A Framework for the Operation and Coordination of Multiple Miniature Robots", IEEE Transactions on Robotics and Automation, Volume 18, No. 5, October 2002, pp. 713-727.

116 Stenz A.,Dias M.B. A Free Market Architecture for Coordinating Multiple Robots. Tech.report CMU-RI-TR-99-42. - Robotics INST., Carnegie Mellon University, 1999 P.214

117 Wooldridge M., Jennings N. Agent Theories, Architectures and Languages: a Suvey// Intelligent Agents: ECAI-94 Workshop on Agent Theories, Architectures and Languages (Amsterdam, The Netherlands? August 8-9, 1994)/Ed. by M. Wooldridge, N. Jennings.-Berlin:Springer Verlag, 1995.-P.11-22.

118 Wooldridge M., Jennings N. Intelligent Agents:Theory and Practice//The Knowledge Engineering Review.-1995.-Vol. 10, №2-P. 115-152.

119 Yamaguchi H. A cooptrative Hunting Behavior by Mobile Robot Troops// IEEE of Intern. Conf. on Robotics Automation, Leuven, Belgium, May 16-20, 2003.-V.4.-P.3204-3209;