Многоагентная система планирования движения мобильного робота на основе искусственных силовых полей
Аннотация
Рассмотрена двухуровневая архитектура многоагентной системы планирования движения робота в частично детерминированной среде на основе подхода с использованием искусственных силовых полей. Проведен критический анализ работ и показаны основные особенности применения теории искусственных силовых полей для управления движением мобильного робота в среде с динамическими препятствиями. Выявлены три основных недостатка, присущих существующим решениям, поставлена задача разработки многоагентной архитектуры планирования движения робота на основе искусственных силовых полей. Рассмотрены агенты, расположенные на двух уровнях архитектуры и обеспечивающие расчет воздействия искусственного силового поля, автоматический выбор маршрута, обнаружение и предотвращение столкновения с препятствиями. Траектория движения робота описывается с применением теории графов, а кратчайший путь на графе вычисляется по комбинированному алгоритму, объединяющему алгоритм построения диаграммы Вороного и алгоритм Дейкстры. Приведен расчетный пример, иллюстрирующий изложенный в работе подход. Разработанное программное обеспечение реализовано для автономного информационно-справочного комплекса.
Об авторах
П. В. Степанов
Астраханский государственный технический университет
Россия
Россия
И. А. Щербатов
Астраханский государственный технический университет
Россия
Россия
Список литературы
1. Голубкин И. А., Кирилин С. А., Щербатов И. А. Принципы разработки мультимедийных прикладных роботизированных устройств // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер. Управление, вычислительная техника и информатика. 2010. № 2. С. 153-157.
2. Khatib O. Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots // The International Journal of Robotics Research. 1986. V. 5 (1). P. 90-98.
3. Borenstein J., Koren Y. The vector field histogram-fast obstacle avoidance for mobile robots // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1991. V. 7 (3). P. 278-288.
4. Piaggio M., Sgorbissa A. AI-CART: an algorithm to incrementally calculate artificial potential fields in real-time // Proc. IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation, CIRA '99. 1999. P. 238-243.
5. Koren Y., Borenstein J. Potential field methods and their inherent limitations for mobile robot navigation // Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 1991. V. 2. Р. 1398-1404.
6. Arkin R. C. Motor schema based mobile robot navigation // The International Journal of Robotics Research. 1989. V. 8 (4). P. 92-112.
7. Elfes A. Using occupancy grids for mobile robot perception and navigation, Computer. 1989. V. 22 (6). P. 46-57.
8. Ulrich I., Borenstein J. VFH+: reliable obstacle avoidance for fast mobile robots // Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 1998. V. 2. P. 1572-1577.
9. Slack M. Navigation templates: mediating qualitative guidance and quantitative control in mobile robots // IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics. 1993. V. 23 (2). P. 452-466.
10. Simmons R. The curvature-velocity method for local obstacle avoidance // Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 1996. V. 4. Р. 3375-3382.
11. Zhang F., O'Connor A., Luebke D., Krishnaprasad P. Experimental study of curvature-based control laws for obstacle avoidance // Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA '04. 2004. V. 4. Р. 3849-3854.
12. Ogren P., Leonard N. A convergent dynamic window approach to obstacle avoidance // IEEE Transactions on Robotics. 2005. V. 21 (2). P. 188-195.
13. Damas B., Santos-Victor J. Avoiding moving obstacles: the forbidden velocity map // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS 2009. P. 4393-4398.
14. Arras K., Persson J., Tomatis N., Siegwart R. Real-time obstacle avoidance for polygonal robots with a reduced dynamic window // Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA '02. 2002. V. 3. P. 3050-3055.
15. Lapierre L., Zapata R., Lepinay P. Simultaneous path following and obstacle avoidance control of a unicycle-type robot // IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2007. P. 2617-2622.
16. Aicardi M., Casalino G., Bicchi A., Balestrino A. Closed loop steering of unicycle like vehicles via lyapunov techniques // Robotics Automation Magazine. 1995. V. 2 (1). P. 27-35.
17. Soetanto D., Lapierre L., Pascoal A. Adaptive, non-singular path-following control of dynamic wheeled robots // Proc. 42nd IEEE Conference on Decision and Control. 2003. V. 2. P. 1765-1770.
18. Quinlan S., Khatib O. Elastic bands: connecting path planning and control // Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 1993. V. 2. P. 802-807.
19. Brock O., Khatib O. Elastic strips: a framework for motion generation in human environments // The International Journal of Robotics Research. 2002. V. 21 (12). P. 1031-1052.
20. Lamiraux F., Bonnafous D., Lefebvre O. Reactive path deformation for nonholonomic mobile robots // IEEE Transactions on Robotics. 2004. V. 20 (6). P. 967-977.
21. Sugihara K. Approximation of generalized voronoi diagrams by ordinary voronoi diagrams // CVGIP: Graphical Models and Image Processing. 1993. V. 55. P. 522-531.
22. Morasso P., Sanguineti V. Computational maps and target fields for reaching movements // Self-organization, Computational Maps, and Motor Control. Advances in Psychology. 1997. V. 119. P. 507-546.
23. Piaggio M., Sgorbissa A., Vercelli G., Zaccaria R. Fusion of sensor data in a dynamic representation // Proc. of the First Euro-micro Workshop on Advanced Mobile Robot. 1996. P. 10-16.
24. Ющенко А. С. К теории деятельности эргатических мехатронных систем // Мехатроника. 2000. № 3. С. 2-11.
25. Киселев Д. В., Ющенко А. С. Нечеткое управление движением мобильных роботов // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2001. № 1. С. 86-99.
26. Киселев Д. В., Ющенко А. С., Вечканов В. В., Коротаев Ю. А. Система нечеткого управления конфигурацией шасси мобильного робота // Матер. 12-й науч.-техн. конф. "Экстремальная робототехника". СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. С. 119-130.
27. Тимофеев А. В., Юсупов Р. М. Принципы построения интегрированных систем мультиагентной навигации и интеллектуального управления мехатронными роботами // Information Technologies & Knowledge. 2011. V. 5. N. 3. Р. 237-244.
28. Васильев И. А. Построение карт для мобильного робота // Автоматизация в промышленности. 2011. № 12.
29. Картавцев К. В., Мелехова О. Н., Тимченко С. В. Модель детерминированной сети роботов // Доклады ТУСУР. 2010. № 1 (21).
30. Васильев И. А. Построение траекторий движения для колесного мобильного робота, снабженного лазерным сканирующим дальномером // Тр. XXI Междунар. науч.-техн. конф. "Экстремальная робототехника". 2010.
31. Зенкевич С. Л., Минин А. А. Построение карты мобильным роботом, оснащенным лазерным дальномером, методом рекуррентной фильтрации. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2007. № 8. С. 5-12.
Для цитирования:
Степанов П.В., Щербатов И.А. Многоагентная система планирования движения мобильного робота на основе искусственных силовых полей. Мехатроника, автоматизация, управление. 2015;16(5):307-313. https://doi.org/10.17587/mau.16.307-313
For citation:
Stepanov P.V., Shcherbatov I.A. Multi-Agent System for Detection of the Moving Obstacles and Movement Planning for the Mobile Robot Systems. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2015;16(5):307-313. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.16.307-313
Просмотров: 51
Послать статью по эл. почте 