Многоагентная система планирования движения мобильного робота на основе искусственных силовых полей

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.

многоагентная архитектура, реактивный агент, генерирующий агент, искусственное силовое поле, мобильный робот, объезд препятствий, mobile robot, obstacle avoidance, potential force field, agent, multi-agent, actual and virtual robot movement

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.