Промежуточный отчет за Iэтап Построение систем управления мобильными роботами icon

Промежуточный отчет за Iэтап Построение систем управления мобильными роботами



Смотрите также:
Комплекс для исследования автоматного управления роботами Проект создан в рамках...
Отчет (промежуточный) о выполнении Межведомственного координационного плана Межведомственной...
Городской танцевальный Фестиваль конкурс «Дебют», Iэтап I ii гран При Мордовии по ориенталь...
Промежуточный отчет за II этап проектной деятельности...
Естественно-языковые модели и обобщенные ограничения в задачах управления манипуляционными...
Конспект лекций Челябинск 2001 Сенигов П. Н. Теория автоматического управления: Конспект лекций...
Исследование систем управления это вид деятельности...
Промежуточный отчет о работе краевой экспериментальной площадки по теме «Формирование модели...
Отчет по дисциплине «методы научных исследований» на тему оптимальное построение изолиний в...
Программа вступительного экзамена в магистратуру по направлению подготовки 550200...
Программа вступительного экзамена в магистратуру по направлению подготовки 220000...
Исследование систем управления...



скачать



Применение методов искусственного интеллекта в разработке управляющих программных систем

Промежуточный отчет за I этап

1.1.Построение систем управления мобильными роботами


В настоящем разделе излагаются методы построения систем управления интеллектуальными мобильными роботами. Под интеллектуальным роботом подразумевается машина, способная получать знания из окружающей среды и использовать их для своей работы.

Система управления мобильным роботом – интеллектуальное звено, соединяющее «чувства» и действия.

Мобильные роботы подразделяются на три основных класса:

  • Беспилотные летательные аппараты;

  • Безэкипажные наземные роботы;

  • Необитаемые подводные аппараты.

Назначение робота определяет выбор набора сенсоров, которыми снабжается робот. Выбранный набор сенсоров впоследствии играет существенную роль при выборе системы управления.

Состояние робота – набор определенных параметров робота (обусловленных внешними и внутренними факторами), однозначно определяющих его поведение и способ функционирования в данный момент времени. Всё множество состояний называется пространством состояний [1.1]. Состояния подразделяются на следующие три группы:

  • Наблюдаемые (робот знает свое состояние все время);

  • Скрытые (робот не знает своего состояния);

  • Частично наблюдаемые (робот знает свое состояние лишь частично).

Степень интеллектуальности робота напрямую зависит от того, насколько быстро и точно он может определять внутренние и внешние состояния системы.

Отметим, что внутреннее состояние может быть использовано для запоминания информации о мире (целеполагание, карта местности и т.д.); таким образом, внутреннее состояние также включает в себя внутреннюю модель мира, от которой, по сути, и зависит то, насколько сложной может быть система управления роботом.

Робот оказывает воздействия на внешний мир при помощи эффекторов, действия которых подразделяются на два типа: локомоции (перемещение робота) и манипуляции (перемещение других предметов роботом) [1.1].

Поведение робота – определенный набор выходных воздействий на внешний мир в ответ на входные воздействия.

Система управления роботом предназначена для стабилизации, слежения и решения других задач управления процессами функционирования робота, что предусматривает поддержание желаемых законов изменения регулируемых переменных или переменных состояния с заданными показателями качества.

Имеет место классификация стратегий и принципов управления в зависимости от структуры связей [1.1, 1.1]:

  • Разомкнутое управление;

  • Замкнутое управление;

  • Комбинированное управление;

Разомкнутое управление вводит в состав системы контур прямой связи по задающему воздействию:

,

где – функциональный оператор, который должен выбираться из условия получения заданного закона изменения выходной переменной.

Замкнутое управление (или управление по отклонению) вводит в структуру системы контур обратной связи:

,

где оператор выбирается из условия уменьшения отклонения в процессе работы системы. Так как в данном случае поведение объекта управления корректируется в зависимости от текущего значения отклонения, то управление по отклонению обеспечивает устойчивость системы и уменьшение влияния возмущений.

Абсолютная точность решения задачи управления может быть достигнута при помощи комбинированного управления, предусматривающего использование как прямых, так и обратных связей: .

Помимо приведенной классификации, системы управления роботами могут быть разделены на следующие категории [1.1]:

  • Реактивное управление;

  • Иерархическое управление;

  • Гибридное управление;

  • Управление на основе поведения.

Реактивное управление – такой тип управления, который тесно связывает входные и выходные воздействия для получения быстрого отклика системы управления в быстроизменяющемся и неструктурированном мире [1.1, 1.1]. Данный тип управления основан на цикле «sense-act» (1.1).



  1. Реактивное управление

При таком типе управления не используется модель; кроме того, для выработки управляющих воздействий не осуществляется алгоритмический вывод и не производится поиск. В процессе эксплуатации подобного контроллера решающую роль в выработке выходного воздействия играет обратная связь от среды. Поведение, проявляющееся в результате взаимодействия такой системы управления и среды, часто называют эмерджентным поведением (т.е. поведением не планируемым, а обусловленным ситуацией). Отметим, что многие из животных в большой степени реактивны.

Недостатками данного метода являются:

  • Как правило, минимальный набор состояний;

  • Отсутствие памяти;

  • Отсутствие обучения;

  • Отсутствие внутренних моделей мира;

  • Невозможность планирования.

Иерархическое управление – такой тип управления, который действует через цикл «sense-plan-act» (1.1), т.е. имеет этап планирования (в отличие от реактивного управления).



  1. Цикл работы системы иерархического управления

К недостаткам данного метода можно отнести:

  • Планирование требует поиска решений, который происходит медленно;

  • Поиск требует модели внешнего мира, которую достаточно сложно получить;

  • Модель внешнего мира быстро устаревает;

Гибридные системы – системы управления, которые являются комбинацией двух рассмотренных выше типов [1.1, 1.1, 1.1]. Обычно гибридная система состоит из реактивной системы на нижнем уровне, совещательной на верхнем уровне, а также промежуточных уровней. Часто такие системы называют многоуровневыми.

Исследования в области искусственного интеллекта были традиционно основаны на предположении, что робот в ходе решения какой-либо задачи должен собрать информацию о среде, построить на основе этой информации модель (репрезентацию) среды, затем разработать план своих будущих действий на основе этой модели и, наконец, приступить к исполнению плана. Соответственно, архитектура агента должна состоять из иерархии модулей, соответствующих перечисленным этапам (1.1).



  1. Многоуровневая система управления



Альтернативный подход был предложен во второй половине 80-х годов и заключается в том, чтобы имитировать те способы принятия решений, которые предположительно используются животными в их естественной среде. Было постулировано, что агент должен состоять из отдельных модулей, каждый из которых независимо управляет отдельной формой поведения без какого-либо моделирования среды или планирования действий: действия запускаются в ответ на внешние сигналы или даже просто спонтанно. Эти элементарные действия могут представлять собой ненаправленное блуждание, движение к цели, поворот в сторону от препятствия, схватывание какого-либо объекта и т.п. Результирующее адаптивное поведение создается в этом случае конкуренцией модулей (1.1).



  1. Система управления на основе поведения

Один из вариантов этой схемы, так называемая «поглощающая архитектура», предполагает, что модули не равноправны: одни из них перекрывают модулям низшего ранга доступ к эффекторам, если получают соответствующий сигнал (1.1).



  1. Поглощающая архитектура

Например, пока агент не воспринимает каких-либо специфических сигналов, он может блуждать по местности, чтобы обнаружить заданную цель. Когда цель обнаружена, становится активным модуль движения к цели, который блокирует доступ к эффекторам модулям ненаправленного движения. Если на пути к цели обнаружено препятствие, то активным становится модуль, задающий поворот и движение в сторону, причем этот модуль подавляет все остальные модули. Когда агент оказывается в стороне от препятствия, снова активизируется модуль движения к цели.

Несмотря на крайнюю простоту такого рода схем, они дали хорошие результаты при создании роботов, способных к адаптивному поведению, т.е. способных выполнять осмысленные задачи, несмотря на препятствия [1.1]. Так, эксперименты с навигацией роботов на пересеченной местности показали, что «поглощающая архитектура» действительно способна обеспечить достижение цели при полном отсутствии модели внешней среды и плана действий.

В табл. 1.1 приводится обзорное сравнение рассмотренных методов.

  1. Сравнение способов построения систем управления

Метод

Наличие внутренней модели мира

Скорость реакции на входное воздействие

Адаптивность


Реактивное управление


отсутствует

быстрая

отсутствует

Иерархическое управление


присутствует

медленная

зависит от устройства модели мира

Гибридное управление


Присутствует, но может быть слабой

зависит от входного воздействия

зависит от устройства модели мира

Управление на основе поведения

Неявно выраженная

средняя

присутствует




  1. Заде Л., Дезоер Ч. Теория линейных систем. Метод пространства состояний. М.: Наука, 1970.

  2. Harel D., Pnueli A. On the development of reactive systems / In «Logic and Models of Concurrent Systems». NATO Advanced Study Institute on Logic and Models for Verification and Specification of Concurrent Systems. Springer Verlag, 1985. pp. 477–498.

  3. Шалыто А. А. SWITCH-технология. Алгоритмизация и программирование задач логического управления. СПб: Наука, 1998. http://is.ifmo.ru/books/switch/1

  4. Колесов Ю. Б., Сениченков Ю.Б. Моделирование систем. Динамические и гибридные системы. СПб.: БХВ-Петербург, 2006.

  5. Pettersson S., Lennartson B. Modelling, Analysis & Synthesis of Hybrid Systems http://citeseer.ist.psu.edu/187615.html

  6. Bak T., Bendsen J. Hybrid Control Design for a Wheeled Mobile Robot

  7. Ослэндер Д., Риджли Д., Ринггенберг Д. Управляющие программы для механических систем. Объектно-ориентированное проектирование систем реального времени. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2004.

  8. Клебан В. О., Шалыто А. А. Использование автоматного программирования для построения многоуровневых систем управления мобильными роботами / Сборник тезисов 19 Всероссийской научно-технической конференции «Экстремальная робототехника». СПб: ЦНИИ РТК, 2008, с. 85–87.

  9. Brooks R.A. A Robust Layered Control System for a Mobile Robot //IEEE Journal of Robotics and Automation. 1986. 2, pp.14–23.






Скачать 72,18 Kb.
оставить комментарий
Дата28.09.2011
Размер72,18 Kb.
ТипОтчет, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх