УДК 519.7

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СБОРА ГРУППЫ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ

Щеголева Людмила Владимировна1, Жуков Артем Владимирович1
1Петрозаводский государственный университет

Аннотация
Статья посвящена проблеме группового управления мобильными роботами. Задача заключается в формировании стратегии централизованного управления группой мобильных устройств для сбора всех устройств в одной точке плоскости. При этом ориентация устройств на плоскости происходит исключительно на основе измерений расстояний между устройствами, например, с помощью технологии Wi-Fi, для устройств изначально отсутствует единая система координат.

Ключевые слова: групповое управление, робототехника, технология Wi-Fi


THE STATEMENT PROBLEM OF GATHERING A GROUP OF MOBILE ROBOTS

Shchegoleva Liudmila Vladimirovna1, Zhukov Artem Vladimirovich1
1Petrozavodsk State University

Abstract
The article deals with the problem of group control of mobile robots. The problem is to form centralized management strategies for group of mobile devices to gather them in one point plane. The devices determine their location on the plane is solely based on measurements of distances between devices, for example, via Wi-Fi technology. Originally there is no uniform system of coordinates for devices.

Keywords: group control, robotics, Wi-Fi technology


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Щеголева Л.В., Жуков А.В. Постановка задачи сбора группы мобильных роботов // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/08/70249 (дата обращения: 20.11.2016).

Задачи группового управления мобильными роботами становятся актуальными в связи с активным развитием информационных технологий и миниатюризацией электронных устройств. Небольшие размеры устройства позволяют значительно увеличить количество одновременно работающих устройств и решать многие задачи в параллельном режиме, что в свою очередь значительно уменьшает время, затрачиваемое на решение таких задач.

Групповое управление может быть централизованным и децентрализованным [1]. И тот и другой подход имеют как преимущества, так и недостатки. Преимуществами централизованного управления являются простота и экономия ресурсов. Мощными вычислительными ресурсами может обладать только одно центральное устройство, которое принимает решения за все остальные устройства группы. Это позволяет остальные устройства сделать более простыми, менее энергозатратными для процессов обработки информации, следовательно, больше энергии потратить она операции по перемещению устройства (сделать их более мобильными).

Одной из задач группового управления является задача сбора мобильных устройств в «одной точке». Понятно, что на практике несколько устройств не могут находиться в одной точке плоскости, поэтому задача формулируется для сбора устройств внутри некоторого круга заданного радиуса, достаточного для размещения всех устройств без соприкосновений. Рассматривается проблема, когда группа устройств находится в следующих условиях:

–            есть одно выделенное центральное устройство;

–            каждое устройство имеет идентификатор;

–            не задана ни какая система координат, отсутствует карта территории;

–            устройства могут измерять расстояния до других устройств, например, с помощью технологии Wi-Fi [2];

–            результаты измерений представляют собой только величину расстояния, и не содержат информацию о направлении, в котором находится одно устройство относительно другого;

–            устройства могут передавать результаты измерений другим устройствам и центральному устройству, например, с использованием технологии Wi-Fi;

–            центральное устройство передает каждому устройству команду движения.

Для решения задачи была разработана стратегия управления устройствами. Ключевым элементом этой стратегии является выбор «точки» сбора. Так как система координат не задана, и каждое устройство действует в своей собственной системе координат, то сообщить устройству его координаты и координаты места сбора не представляется возможным. Поэтому координаты точки сбора для каждого устройства должны быть определены в рамках собственной системы координат каждого устройства. В качестве «точки» сбора выбирается круг вокруг одно из устройств, которое находится ближе ко всем устройствам. Это устройство делается неподвижным, т.е. центральное устройство передает ему команду «остановиться». Назовем это устройство «зафиксированным». Одно неподвижное устройство позволяет остальным устройствам сформировать свою собственную систему координат, рассчитать координаты неподвижного устройства в этой системе координат и сформировать траекторию движения в направлении неподвижного устройства. Для этого необходимо сделать три измерения расстояния до неподвижного устройства из трех различных точек. В простейшем случае эти точки должны образовывать равнобедренный прямоугольный треугольник. Тогда катеты треугольника будут определять направления осей системы координат устройства. Таким образом, центральное устройство на первом этапе направляет каждому устройству кроме «зафиксированного» команды выполнить измерение расстояния до «зафиксированного» устройства; переместиться в любом направлении на некоторое заданное расстояние и сделать второе измерение; повернуть налево на 90 градусов, переместиться на равное расстояние и сделать третье измерение. После этих действий центральное устройство получает от каждого устройства три измерения и рассчитывает координаты «зафиксированного» устройства в системе координат каждого устройства, определяемой направлениями перемещений устройств для проведения трех измерений (метод трилатерации). Предполагается, что в момент первого измерения каждое устройство находилось в точке с координатами (1, 0), в момент второго измерения – (0, 0), в момент третьего измерения – (0, 1) и направлено сейчас в сторону возрастания значений оси ординат в своей собственной системе координат. На основании этих данных центральное устройство рассчитывает координаты вектора перемещения для каждого устройства и формирует команды поворота на необходимый угол и движения вперед до достижения «зафиксированного» устройства.

Этот алгоритм дает решение и позволяет достичь «зафиксированного» устройства за минимально короткое время по прямолинейной траектории только в идеальных условиях при высокой точности измерений. На практике при использовании технологии Wi-Fi для определения расстояния до устройства точность измерений не будет хорошей. В результате координаты «зафиксированного» устройства будут определены приблизительно, направления движения так же будет определено приблизительно. Поэтому прямолинейное движение по рассчитанному направлению может не привести  устройство к заданной цели. Следовательно, стратегия движения устройств должна включать постоянные поправки в случае ухудшения ситуации. Под ухудшением ситуации будем понимать увеличение расстояния до «зафиксированного» устройства или слабое уменьшение расстояния до «зафиксированного» устройства, где под «слабым» подразумевается меньшее по сравнению с расчетным. В такой ситуации устройство должно изменить вектор своего перемещения. Изменение вектора перемещения может быть как под положительным, так и под отрицательным углом. К сожалению, знак не может быть определен по расстоянию, поэтому единственным способом определить направление изменения вектора перемещения является опытный путь. Устройство изменяет вектор перемещения в одном из направлений, и если это не приводит к положительному результату, то направление изменения вектора перемещения меняется на противоположное.

Предложенная стратегия централизованного управления группой мобильных устройств, рассредоточенных на плоскости, для решения задачи сбора устройств в «одной точке» была апробирована с использованием имитационного моделирования.

Работа выполнена при поддержке Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012–2016 гг.


Библиографический список
  1. Каляев И. А. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов [Текст] / И. А. Каляев, А. Р. Гайдук, С. Г. Капустин. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. – 280 с.
  2. Wi-Fi Location-Based Services 4.1 Design Guide. – San Jose, USA: Cisco Systems, Inc. – 2008. Online: http://www.cisco.com/en/US/docs/solutions/Enterprise/Mobility/wifich2.html


Все статьи автора «Щеголева Людмила Владимировна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация