АННОТАЦИЯ. 76 стр., 5 табл., 42 рис., 20 источников

76 стр., 5 табл., 42 рис., 20 источников

Объектом исследования данной магистерской диссертации являются мобильные когнитивные роботы, способные функционировать в составе коллектива.

Целью работы является разработка алгоритмов и программных средств для создания эффективного взаимодействия роботов в коллективе.

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1. На основании анализа существующих инструментариев для создания роботов и анализа эволюции робототехнических систем построена архитектура автономного мобильного робота как когнитивного агента и создан коллектив данных роботов.

2. Была создана система локализации роботов в пространстве.

3. Проанализированы существующие моделирующие комплексы и создана система виртуальной имитации коллективных действий роботов.

4. Разработаны базовые алгоритмы взаимодействия, планирования и распределения целей в коллективе.

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 5

ГЛАВА 1. КОЛЛЕКТИВЫ РОБОТОВ И ПОДХОДЫ К ИХ СОЗДАНИЮ 8

1.1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РАБОТ ПО ГРУППОВОЙ РОБОТОТЕХНИКЕ............................................. 8

1.2. ФОРМАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ КОЛЛЕКТИВНОГО ПОВЕДЕНИЯ................................................................... 19

1.2.1 Автоматные модели............................................................................................................................................. 19

1.2.2. Оптимизационный подход.............................................................................................................................. 21

1.3. МНОГОАГЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ........................................................................................................................... 22

1.3.1. Теория игр.............................................................................................................................................................. 23

1.3.2. Теория общих намерений................................................................................................................................ 23

1.3.3. Теория общих планов........................................................................................................................................ 24

1.3.4. Комбинированные модели.............................................................................................................................. 24

1.3.5. Пример системы................................................................................................................................................... 25

1.4. ИМИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ................................................................................................................................. 26

1.5. РОЕВЫЕ АЛГОРИТМЫ............................................................................................................................................ 27

1.5.1. Рой, стая коллектив............................................................................................................................................ 28

1.5.2. Общие механизмы роения............................................................................................................................... 29

1.5.3. Задача подражательного движения............................................................................................................. 29

1.5.4. Формальные методы.......................................................................................................................................... 30

1.6. ЭВОЛЮЦИОННЫЕ МЕТОДЫ................................................................................................................................ 31

1.7. ВЫБОР ПОДХОДА К СОЗДАНИЮ КОЛЛЕКТИВА РОБОТОВ.................................................................... 32

1.8. ВЫВОДЫ........................................................................................................................................................................ 33

ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ ЧЛЕНА КОЛЛЕКТИВА.................................... 35

2.1. ПОДСИСТЕМЫ РОБОТА.......................................................................................................................................... 35

2.2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИНСТРУМЕНТАРИЕВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ РОБОТОВ......................... 35

2.2.1 Робот на базе ARDUINO..................................................................................................................................... 35

2.2.2 Робот на базе Lego................................................................................................................................................ 37

2.2.3 Другие конструкторы роботов........................................................................................................................ 38

2.2.4 Создание РОБОТА СОБСТВЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ........................................................................ 38

2.2.5 Анализ стоимости предложенных решений............................................................................................... 40

2.3 ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ............................................................................................................................................ 41

2.4 ОПИСАНИЕ РОБОТА................................................................................................................................................... 41

2.5 ВЫВОДЫ......................................................................................................................................................................... 44

ГЛАВА 3. СИСТЕМА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И ОРИЕНТИРОВАНИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ....................................................................................... 45

3.1 ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И ОРИЕНТАЦИИ......................... 45

3.1.1 Локально-автономная система...................................................................................................................... 45

3.1.2 Глобальная система............................................................................................................................................ 46

3.1.3 Ориентация по маякам...................................................................................................................................... 47

3.1.4 Смешанные системы........................................................................................................................................... 47

3.2 ВЫБОР ПОДХОДА К СОЗДАНИЮ СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ.............................................. 48

3.3 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ.......................................................................................... 48

3.4 ВЫВОДЫ......................................................................................................................................................................... 52

ГЛАВА 4. СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ........................................... 54

4.1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ........................................................................ 54

4.1.1 Система моделирования MRDS...................................................................................................................... 54

4.1.2 Система моделирования WEBOTS................................................................................................................ 56

4.1.3 Система моделирования player/stage........................................................................................................... 57

4.1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ.................................................................... 58

4.2 СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ.............................................................................................................................. 60

4.3 ВЫВОДЫ......................................................................................................................................................................... 62

ГЛАВА 5. АЛГОРИТМЫ ВЫБОРА И ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ.......... 63

5.1 АНАЛИЗ ПОЛУЧАЕМЫХ РОБОТОМ ДАННЫХ............................................................................................... 63

5.2 БАЗОВЫЙ ВЫБОР ПЕРВОНАЧАЛЬНОЙ ЦЕЛИ.............................................................................................. 63

5.3 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ВЫБОР ПЕРВОНАЧАЛЬНОЙ ЦЕЛИ....................................................... 66

5.4 УЧЕТ ДИНАМИКИ СРЕДЫ...................................................................................................................................... 71

5.5 ВЫВОДЫ......................................................................................................................................................................... 73

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................... 74

Список литературы.......................................................................... 76