Научный журнал
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ.
СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН. 2020; 3: 41-54

 

http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2020-3-41-54

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МОДУЛЬНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ КАК МУЛЬТИАГЕНТНАЯ СИСТЕМА С ПИРАМИДАЛЬНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ

В.П. Андреев

Андреев Виктор Павлович – д-р техн. наук, канд. физ.-мат. наук, профессор, кафедра «Сенсорные и управляющие системы», Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», ведущ. инженер-конструктор, Международный институт новых образовательных технологий РГГУ, г. Москва, Россия. E-mail: andreevvipa@yandex.ru

 

 

Аннотация

Рассмотрен подход к решению актуальной научной задачи – разработка принципов и методов создания систем управления (СУ) мобильных роботов с модульной архитектурой на основе теории мультиагентных систем. Модульная архитектура предполагает наличие в каждом мехатронном модуле собственной сенсорной и управляющей системы, реализованной на встраиваемых системах – относительно дешёвых микроконтроллерах. Модульное решение позволяет реализовать оперативное реконфигурирование робототехнических систем и существенно удешевить производство роботов за счёт сокращения их номенклатуры. Межмодульное информационное и управляющее взаимодействие предлагается организовать по иерархическому принципу – группа полнофункциональных мехатронных модулей и субмодулей, решающих однотипные задачи и работающие совместно, управляются мехатронным модулем, расположенным на более высоком уровне иерархии. Реализуется взаимодействие типа «Master-Worker group». Данный подход позволяет увеличить быстродействие системы за счёт распределения вычислительной нагрузки между вычислительными устройствами отдельных мехатронных модулей и субмодулей. В этой иерархической структуре СУ прослеживается аналогия с такими направлениями научных исследований в области информационных технологий, как распределенные информационные системы, компьютерные сети, методы искусственного интеллекта. Достижения в этих областях интегрированы в исследования, объединенные общим названием «многоагентные системы». Предлагаемая СУ может быть представлена в виде мультиагентной системы, состоящей из полнофункциональных мехатронных и/или электронных модулей – агентов, взаимодействующих друг с другом для достижения определённой цели. В работе рассмотрен подход, позволяющий описать иерархическую топологию построения СУ роботов с модульной архитектурой в терминах мультиагентных систем, что позволит при проектировании СУ использовать современные достижения в этой области.

 

Ключевые слова: мобильный робот; модульный робот; системы управления; мультиагентная система; компьютерная сеть.

 

Полный текст: [in elibrary.ru]

 

Ссылки на литературу

  1. Murata S., Yoshida E., Kamimura A., Kurokawa H., Tomita K. & Kokaji S. M-TRAN: selfreconfigurable modular robotic system // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2002. Vol. 7 (4). P. 432 – 441.
  2. Østergaard E.H., Kassow K., Beck R. &.Lund H.H. Design of the ATRON lattice-based self-reconfigurable robot // Autonomous Robots. 2006. Vol. 21 (2). P. 165 – 183.
  3. Qiao G., Song G., Zhang J., Sun H., Wang W. & Song A. Design of Transmote: a Modular Self-Reconfigurable Robot with Versatile Transformation Capabilities // Proceedings of the 2012 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics. 2012. P. 1331 – 1336.
  4. Garcia R.F.M., Lyder A., Christensen D.J. & Stoy K. Reusable Electronics and Ada ptable Communication as Implemented in the Odin Modular Robot // IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2009. P. 1152 – 1158.
  5. Fukuda T., Ueyama T., Kawauchi Y. & Arai F. Concept of cellular robotic system (CEBOT) and basic strategies for its realization // Computers Elect Engng. 1987. Vol. 18. No. 1. P. 11 – 39.
  6. Baca J., Ferre M. & Aracil R. A heterogeneous modular robotic design for fast response to a diversity of tasks // Robotics and Autonomous Systems. 2012. Vol. 60. No. 4. P. 522 – 531.
  7. Lyder A.H., Stoy K., Mendoza-Garcia R.F., Larsen J.C. & Hermansen P. On sub-modularization and morphological heterogeneity in modular robotics // Intelligent Autonomous Systems of Advances in Intelligent Systems and Computing. Springer Berlin Heidelberg. 2013. Vol. 193. No. 12. P. 649 – 661.
  8. Hancher M.D. & Hornby G.S. A modular robotic system with applications to space exploration // 2nd IEEE International Conference on Space Mission Challenges for Information Technology (SMC-IT'06). Pasadena, CA: Publisher «IEEE», 2006. P. 132 – 140.
  9. Mayoral V., Hernandez A., Kojcev R., Muguruza I. [et al.] The shift in the robotics paradigm – the Hardware Robot Operating System (H-ROS); an infrastructure to create interoperable robot components // NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and Systems (AHS), Pasadena, CA, 2017. P. 229 – 236.
  10. Herbrechtsmeier S., Korthals T., Schopping T. & Ruckert U. AMiRo: a modular & customizable open-source mini robot platform // 20th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC), Sinaia. 2016. P. 687 – 692.
  11. Bonarini A., Matteucci M., Migliavacca M. & Rizzi D. R2P: An open source hardware and software modular approach to robot prototyping // Robotics and Autonomous Systems. 2014. No. 62. P. 1073 – 1084.
  12. Losada D.P., Fernández J.L., Paz E. & Sanz R. Distributed and modular CAN-based architecture for hardware control and sensor data integration // Sensors. 2017. No. 17. P. 1013 – 1030.
  13. Андреев В.П., Подураев Ю.В. Функционально-модульный принцип построения гетерогенных мобильных роботов // Экстремальная робототехника (ЭР-2016): тр. междунар. науч.-техн. конф. СПб.: ООО «АП4Принт». 2016. С. 44 – 49.
  14. Андреев В.П., Ким В.Л., Плетенев П.Ф. Принцип полной функциональности модулей в гетерогенных модульных мобильных роботах // Экстремальная робототехника (ЭР-2017): тр. междунар. науч.-техн. конф. СПб.: ЦНИИ РТК, 2017. № 1. С. 81 – 91.
  15. Андреев В.П., Ким В.Л. Разработка функциональных узлов гетерогенного модульного мобильного робота // Экстремальная робототехника (ЭР-2016): тр. междунар. науч-техн. конф. СПб.: ООО «АП4Принт», 2016. С. 359 – 369.
  16. Андреев В.П., Ким В.Л. Метод управления движением модульного мобильного робота с использованием двумерных векторных полей // Робототехника и техническая кибернетика. 2017. № 4 (17). С. 22 – 27.
  17. Андреев В.П., Ким В.Л., Подураев Ю.В. Сетевые решения в архитектуре гетерогенных модульных мобильных роботов // Робототехника и техническая кибернетика. 2016. № 3 (12). С. 23 – 29.
  18. Андреев В.П., Плетенев П.Ф. Метод информационного взаимодействия для систем распределённого управления в роботах с модульной архитектурой // Тр. СПИИРАН. 2018. № 2 (57). С. 134 – 160.
  19. Андреев В.П., Тарасова В.Э. Определение формы препятствий мобильным роботом с помощью сканирующих угловых перемещений ультразвукового датчика // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 11. С. 759 – 763.
  20. Андреев В.П., Ким В.Л., Плетенев П.Ф. Программно-аппаратное решение оперативного реконфигурирования гетерогенных роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19. № 6. С. 387 – 395.
  21. Мультиагентные системы. Основные понятия теории агентов. URL: https://intellect.icu/ 11-multiagentnye-sistemy-5354 (дата обращения 21.02.2020).
  22. НОУ ИНТУИТ. Мультиагентные технологии. URL: http://www.intuit.ru/studies/courses/11068/1102%20/lecture/17391 (дата обращения 21.02.2020).
  23. Wooldridge M., Jennings N.R. Agent Theories, Architectures, and Languages: A Survey // In: Intelligent Agents. ECAI-94 Workshop on Agent Theories, Architecture and Languages. Amsterdam, The Netherlands, August 8-9, 1994 (Eds. M.J.Wooldridge and N.R. Jennings): Proceedings. Springer Verlag. 1994. P. 3 – 39.
  24. Городецкий В.И., Грушинский М.С., Хабалов А.В. Многоагентные системы (обзор). URL: https://refdb.ru/look/ 2448008-pall.html (дата обращения 21.02.2020).