CC BY
114
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ MACTINE BUILDING AND THEORETICAL ENGINEERING
УДК 004.75 DOI: 10.17213/1560-3644-2020-3-41-54
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МОДУЛЬНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ КАК МУЛЬТИАГЕНТНАЯ СИСТЕМА С ПИРАМИДАЛЬНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ*
© 2020 г. В.П. Андреев12
1Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», г. Москва, Россия, Международный институт новых образовательных технологий РГГУ, г. Москва, Россия
A CONTROL SYSTEM FOR MODULAR MOBILE ROBOTS AS A MULTI-AGENT SYSTEM WITH A PYRAMIDAL TOPOLOGY
V.P. Andreev12
Moscow State University of Technology «STANKIN», Moscow, Russia, 2International Institute of New Educational Technologies RSUH, Moscow, Russia
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: [email protected]
Andreev Victor P. - Doctor of Technical Sciences, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Professor of Department «Sensory and Control Systems», Moscow State University of Technology «STANKIN», Leading Design Engineer of the International Institute of New Educational Technologies RSUH, Moscow, Russia. E-mail: [email protected]
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 реконфи-гурирование 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.
Работа выполняется при финансовой поддержке РФФИ: Грант 19-07-00892а.
41
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
An approach to solving an actual scientific problem is considered - the development of principles and methods for creating control systems for mobile robots with a modular architecture based on the theory of multiagent systems. The modular architecture assumes that each mechatronic module has its own sensor and control system implemented on embedded computing devices - relatively cheap microcontrollers. The modular solution allows for the operational reconfiguration of robotic systems and significantly reduce the cost of robots manufacturing by reducing their range of products. Intermodal information and control interaction is proposed to be organized according to a hierarchical principle - a group of full-featured mechatronic modules and submodules that solve the same type of tasks and working together are controlled by a mechatronic module located at a higher level of the hierarchy. The interaction of the «Master-Workers group» type is being implemented. This approach allows to increase the system performance by distributing the computational load between the computing devices of individual mechatronic modules and submodules. In this hierarchical structure of the control system, an analogy is seen with such areas of scientific research in the field of information technologies as distributed information systems, computer networks, and artificial intelligence methods. Achievements in these areas are integrated into the research, united by the common name «multi-agent systems». The proposed control system can be represented as a multi-agent system consisting of full-featured mechatronic and/or electronic modules, i.e. agents interacting with each other to achieve a specific goal. The paper considers an approach that allows describing the hierarchical topology of a robot control system with a modular architecture in terms of multi-agent systems, which will allow using modern achievements in this field when designing control systems.
Keywords: mobile robot; modular robot; multi-agent system; control system; computer network.
Введение
В большинстве современных мобильных роботов (МР) система управления (СУ) строится в виде моноблочной конструкции: сенсорная и управляющая система робота имеет единый центр обработки информации и управления, использующий компьютер большой вычислительной мощности. Такая конструкция имеет целый ряд недостатков. Первое - специфика выполняемых работ определяет конструктив робота, что приводит к необходимости создавать большое количество разнообразных робототехнических систем (РТС). Следовательно, растут финансовые затраты на их разработку и изготовление. Второе - с увеличением требований к функциональным возможностям РТС, а также с расширением условий их использования (например, работы в экстремальных условиях Арктики и Антарктики, космоса и при решении задач МЧС) растёт алгоритмическая сложность задач управления. Соответственно возрастают требования к вычислительной мощности центрального компьютера, что увеличивает энергопотребление МР, его стоимость и массогабаритные характеристики. Третье - возрастает сложность и стоимость ремонтно-восстановительных работ данной техники. Очевидный путь решения перечисленных проблем заключается в создании роботов с модульной архитектурой, что даёт возможность распределить вычислительные ресурсы между модулями и тем самым снизить требования к вычислительной мощности отдельных вычислителей системы. Однако возникают новые проблемы, связанные с организацией согласованного межмодульного
взаимодействия в распределённой системе управления. Причём такая СУ должна обладать свойством реконфигурируемости и масштабируемости без переработки низкоуровневого программного кода модулей. Следовательно, необходим поиск методов реализации вычислительного процесса управления и принятия решений, основанных на распределённых вычислениях, выполняемых на множестве процессоров.
На сегодняшний день нет однозначного определения понятия «Роботы с модульной архитектурой». К данному направлению можно отнести как разработки гомогенных [1 - 4], так и гетерогенных [5 - 8] роботов. В последнее время выделилась новая область в данных исследованиях, представляющая собой поиск методов проектирования робототехнических систем, направленных на обеспечение разработчиков и производителей МР универсальными модульными архитектурами. Назначение таких архитектур заключается в упрощении процесса разработки робототехнических и мехатронных устройств за счёт использования готовых универсальных модулей. Так, некоторые разработки предлагают не конкретную архитектуру какого-либо робота, а целую инфраструктуру - набор аппаратно-программных инструментов для создания новых роботов.
В качестве примера можно привести систему H-ROS [9], которая построена на базе фреймворка (framework) ROS. Система позволяет выполнять сборку РТС и управление компонентами, совместимыми с H-ROS. Пользователю необходимо лишь программировать часть робота, отвечающую за восприятие («мозг» робота), и
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
разрабатывать свои приложения для конкретных задач. При этом не требуется решать задачу интеграции различных технологий и интерфейсов. Инфраструктура H-ROS построена на стандартной промышленной шине и совместима с унифицированными программными фреймвор-ками, такими как ROS-2. Однако использование H-ROS требует наличия в каждом компоненте специального микропроцессора для запуска ROS-2, что увеличивает программно-аппаратную составляющую РТС, и в результате возникают определённые ограничения на применение этой системы.
Другим примером может служить модульная архитектура миниатюрной мобильной платформы AMiRo [10]. Предложенное решение обладает мощным аппаратным обеспечением при малых габаритных размерах, открытостью программного обеспечения (ПО), чётким разделением функций и задач между модулями, возможностью работы с внешними приложениями и возможностью подключения других устройств (модулей). Однако реконфигурирование за счёт включения модулей сторонних производителей затруднено из-за сложной многоуровневой архитектуры ПО, а также малых габаритов робота.
Примером создания модульных архитектур путём комбинирования друг с другом различных модулей (приводов, датчиков, контроллеров и т.п.) может служить работа [11]. Авторы предлагают программный каркас R2P (Rapid Robot Prototyping), который предназначен для создания роботов на основе стандартизированных аппаратных модулей с соответствующим ПО и разработанным протоколом взаимодействия RTCAN (Real-time CAN). R2P обеспечивает простоту интеграции в основном простых модулей без учёта более комплексных устройств (например, целых мобильных платформ).
Похожая модульная архитектура RoboCAN рассматривается в статье [12]. Межмодульное информационное взаимодействие реализуется на шине CAN. Архитектура может быть встроена в Робототехническую Среду Интегрированной Разработки (Robotics Integrated Development Environment - RIDE) или в другие подобные среды. Аналогично R2P, фреймворк RoboCAN позволяет интегрировать в архитектуры мобильных роботов различные приводы, датчики и управляющие устройства (преимущественно простые компоненты). Программное обеспечение модулей независимо от используемых микроконтроллеров, что
TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
позволяет создавать комплексные устройства без модификации существующего подхода в реализованном решении.
Анализ работ в области архитектур модульных роботов показывает, что в большинстве из них предлагаются различные пути создания стандартных программно-аппаратных интерфейсов между модулями роботов для реализации свойства реконфигурируемости. При этом, как правило, реконфигурируемость обеспечивается в пределах предлагаемого комплекта модулей, что не позволяет в полной мере реализовать возможность применения модулей сторонних производителей. Также не учитывается такое принципиальное требование к решению сенсорной и управляющей системы МР, как проблема обеспечения управления в режиме реального времени при условии постоянно усложняющейся функциональности робототехнических систем.
Распределённая система управления модульного мобильного робота
В ранее опубликованной работе автора [13] предлагается создавать для модульного МР систему управления распределённого типа. Именно модульная архитектура системы управления позволяет разделить общую задачу управления на подзадачи по функционально-модульному принципу и распределить их между полнофункциональными модулями робота. Такая реализация распределённых вычислений обеспечивает существенное снижение вычислительной нагрузки на вычислительное устройство каждого модуля, что позволяет применять в системе управления отдельных модулей встраиваемые вычислительные устройства - относительно маломощные микропроцессоры или одноплатные ЭВМ.
В основу функционально-модульной архитектуры положен принцип полной функциональности модулей [14], который формулируется следующим образом: каждый модуль робота должен быть способен любым удобным ему способом выполнять свою целевую функцию, используя только собственные средства для выполнения команд от внешней системы управления. В отмеченной статье рассмотрены принципы и методы построения программно-аппаратной части системы управления МР с модульной архитектурой. Структура оказывается достаточно простой и обладает способностью автоматической реорганизации в режиме «plug andplay».
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
Рис. 1. Функционально-модульная архитектура сенсорной и управляющей системы мобильного робота / Fig. 1. Functional-modular architecture of a mobile robot's sensor and control system)
На основе принципа полной функциональности предложено рассматривать структуру системы управления МР (в минимальном исполнении) как синергетическое объединение полнофункциональных модулей (рис. 1) [15]: транспортный модуль - ТМ, силовой модуль - СЛМ, сенсорная система, состоящая из модуля ближнего действия - СМБД и модуля дальнего действия - СМДД, модули активного взаимодействия с внешней средой - МСН (манипуляторы, схваты и т.п.) и модуль интеллектуального управления - МИУ. В этой структуре каждый модуль отвечает только за одну функцию РТС.
Общесистемное управление реализуется в модуле интеллектуального управления (МИУ), который является супервизором по отношению ко всем остальным модулям робота. МИУ не управляет процессом выполнения задачи этими модулями. В нашем случае МИУ формирует цель управления и контролирует лишь результат её достижения модулем-исполнителем. Такая функциональная завершённость является основным отличием нашего решения от иных, в которых модуль-супервизор управляет работой всех модулей на исполнительном уровне.
Транспортная функция реализуется транспортным модулем (ТМ). Задача ТМ заключается в перемещении транспортной платформы с грузом (это может быть манипулятор) из текущего места положения в место, заданное модулем-супервизором [16]. МИУ отправляет в ТМ цель управления - вектор желаемого положения робота. ТМ должен самостоятельно достичь это
целевое положение, используя информацию, получаемую напрямую от СМБД. Точность отработки цели управления контролирует МИУ при помощи сенсорных модулей дальнего радиуса действия. Сравнивая вектор измеренного положения с желаемым, модуль-супервизор при необходимости корректирует реальное положение робота (например, задавая новую цель управления). Таким образом реализуется принцип полной функциональности модуля. ТМ может снабжаться различным типом движителей: колёсами, гусеницами, ногами, гребными винтами и т.п. Естественно, что алгоритмы управления перемещением для ТМ с разным типом движителей будут отличаться, но они должны реализо-вываться собственной системой управления модуля без переработки его программного кода. В случае необходимости система управления ТМ должна иметь возможность напрямую (минуя МИУ) обратиться с запросом к сенсорной системе МР, снижая тем самым нагрузку на процессор МИУ и на канал передачи данных. Этим обусловлена необходимость прямого (на рис. 1 «сквозного») взаимодействия ТМ и СМБД.
Информационная функция реализуется дистанционной сенсорной системой, состоящей из нескольких сенсорных модулей (СМ): модуля датчиков ближнего (СМБД) и модуля датчиков дальнего (СМДД) радиуса действия. Задача модулей - обнаружение препятствий и объектов манипулирования, а также определение их геометрических и динамических параметров. Эти модули могут по соответствующим запросам предоставлять сенсорную информацию другим
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
модулям напрямую (минуя МИУ), или даже давать им команду на приостановку выполнения ими функций в особых случаях, например, для предотвращения возможного столкновения МР с препятствием. МИУ может запретить исполнение такой команды, если столкновение является необходимым действием МР. Алгоритм прямого информационного взаимодействия между полнофункциональными модулями должен учитывать наличие в каждом модуле собственной сенсорной системы, состоящей из датчиков внутреннего состояния.
Технологическая функция (и частично транспортная функция) - это воздействие на окружающую среду. Функция реализуется модулями специального назначения (МСН). Это модули манипуляторов-актуаторов и модули захвата, которые используют различную технологическую оснастку для перемещения объектов манипулирования в пределах рабочей зоны робота. Модули механических операций также реализуют технологическую функцию, поскольку они предназначены для выполнения различных технологических воздействий на объекты манипулирования: сверление, фрезерование и т.п.
Коммуникационная функция реализуется сетевой инфраструктурой информационного взаимодействия между модулями (на рис. 1 обозначена разнонаправленными стрелками). Коммуникация МР с внешним супервизором (человеком-оператором робототехнического комплекса) формируется специальным модулем формирования беспроводного канала связи (МФБК). На схеме приведена топология сети типа «звезда», но возможна «шинная» и смешанная топология. Выбор топологии сети, скорее всего, зависит от ряда факторов, которые ещё предстоит определить.
Энергетическая функция реализуется силовым модулем (СЛМ). Модуль обеспечивает электропитанием электронные и электромеханические компоненты всех модулей. В его функции входит также безопасное их включение и выключение: корректное завершение работы микроконтроллеров, сохранение состояния файловой системы, контроль и индикация состояния аккумуляторных батарей (АКБ) и т.п. Выключение как робота в целом, так и отдельных модулей осуществляется только по команде МИУ. В этом случае СЛМ выполняет специальный алгоритм, запрашивая готовность каждого из модулей к отключению. Отключение отдельных модулей происходит в случае, когда они оказываются не
TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
нужны для выполнения работ на текущий момент (например, для экономии энергии).
В работе [17] автором была предложена структура распределённого стабилизированного питания. Её особенность заключается в том, что общее нестабилизированное питание всех модулей робота, а также электропитание электрических приводов, осуществляется от единого АКБ, входящего в состав СЛМ. При этом в каждый модуль устанавливается блок формирования требуемого набора стабильных напряжений (БФСН), который обеспечивает стабилизированным напряжением лишь внутримодульные электронные устройства, например, микропроцессоры. На вход БФСН подаётся напряжение непосредственно от АКБ, но под управлением СЛМ. При пульсациях входного напряжения, вызванных, например, пусковыми токами электродвигателей, наличие БФСН исключает возможное прерывание реализации программного кода вычислительными устройствами модулей. Такая структура электропитания позволяет не накладывать жёсткого ограничения на требуемый ряд стабилизированных напряжений при разработке нового модуля для робота. Кроме того, в случае превышения суммарной потребляемой мощности достаточно лишь установить в СЛМ дополнительные АКБ или заменить сам силовой модуль, установив модуль с АКБ большей ёмкости. Также тепло, выделяемое в процессе стабилизации напряжений, распределяется между модулями, а не концентрируется в едином блоке питания, что потребовало бы установки радиаторов.
Силовой модуль обеспечивает электропитанием все модули и субмодули и имеет соответствующую проводную сеть, которая может быть использована также в качестве коммуникационного канала для межмодульного информационного взаимодействия. Учитывая, что такой коммуникационный канал имеет невысокую пропускную способность, он может быть использован в качестве канала для передачи команд, но не для передачи большого информационного потока. Например, по данному коммуникационному каналу можно передавать команды управления электропитанием модулей. При обнаружении возможного столкновения робота с препятствием по данному каналу можно передать команду транспортному или иному модулю прервать текущую операцию и выполнить иную программу. Также, данный канал можно использовать в качестве резервного или дублирующего для повышения надёжности системы.
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
Приведённая функционально-модульная архитектура системы управления МР отражает лишь общий подход. Итоговые результаты исследований, выполненных в рамках Гранта РФФИ 16-07-00811а, опубликованы в работах [13 - 20]. Основные из них приведены ниже.
Разработан и обоснован функционально-модульный принцип построения программно-аппаратной части реконфигурируемых мобильных роботов с модульной архитектурой.
Сформулирован принцип полной функциональности модулей и показана эффективность его использования для организации распределённых вычислений в системе управления за счёт разделения общей задачи МР на функциональные подзадачи и распределения их между вычислительными устройствами отдельных модулей.
Показано, что реализация полноценного распределённого управления требует такого межмодульного информационного взаимодействия, при котором каждый полнофункциональный модуль должен иметь возможность обмениваться информацией непосредственно с любым другим модулем.
Предложен метод межмодульного информационного взаимодействия, в основу которого положена разработанная ранее исполнителями проекта система территориально распределённого управления мехатронными устройствами, в которой минимальным объектом управления является любое электронное или мехатронное устройство - бортовой вычислитель, микроконтроллер, сенсор, манипулятор, или иной исполнительный механизм.
Предложена сетевая организация общей структуры системы управления МР, что обеспечивает перенос таких свойств сети, как реконфигурируемость и масштабируемость, на модульную структуру робота.
Разработан механизм автоматической в режиме «plug and play» реорганизации общей структуры системы управления роботов с модульной архитектурой, основанный на использовании соответствующих драйверов - набора программных инструкций управления и сетевых протоколов для интерфейса программирования приложений (API- applicationprogramming interface).
Разработана спецификация, предназначенная для создания драйверов и языка межмодульного информационного взаимодействия, обеспечивающих включение модулей сторонних производителей в режиме «plug and play». Спецификация основана на принципах фреймворка ROS, но поз-
воляет реализовать ПО на встраиваемых вычислительных устройствах.
Предложено использовать принцип распределённого стабилизированного питания для энергообеспечения модулей МР.
Для экспериментальной проверки предложенных методов и решений разработаны и изготовлены лабораторные макеты мобильного робота с модульной архитектурой (рис. 2), состоящие из четырёх вариантов транспортного модуля с различными движителями (два колёсных ТМ различной конструкции, ТМ на омниколёсах и шагающий ТМ), силового модуля (СЛМ), ультразвукового сенсорного модуля параллельного действия (СМБД), модуля сетевого взаимодействия (МСВ) и модуля интеллектуального управления (МИУ).
Рис. 2. Лабораторные макеты мобильных роботов с модульной архитектурой: а - колёсный робот (вариант 1); б - робот на омниколёсах; в - колёсный робот (вариант 2); г - шагающий робот / Fig. 2. Laboratory models of mobile robots with modular architecture: а - wheeled robot (option 1); б - omnidirectional robot; в - wheeled robot (option 2); г -walking robot
Эксперименты показали, что предложенная архитектура с двухуровневой иерархией не способна обеспечить реализацию процесса управления в режиме реального времени на встраиваемых вычислительных устройствах, поскольку алгоритмы работы системы управления функциональных модулей оказываются довольно сложными. Объём обрабатываемой в модулях информации всё ещё велик и вычислительная мощность
б
а
в
г
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
встраиваемых систем не обеспечивает режим реального времени. Особенно затратными являются процесс анализа сенсорной информации и её комплексирование, а также реализация алгоритмов принятия решений на уровне модуля интеллектуального общесистемного управления.
Необходимо найти принципиальное решение данной проблемы поскольку по мере усложнения задач, решаемых МР как в автономном, так и в супервизорном режиме, будут усложняться алгоритмы работы системы управления модулей и использование микро-ЭВМ с большей производительностью всё равно приведёт к ограниченности функционала модуля.
Для решения обозначенной проблемы необходимо дальнейшее развитие модульной архитектуры РТС. Путь дальнейшего развития заключается в разбиении полнофункциональных модулей на подмодули (субмодули) с целью создания многоуровневой иерархической (пирамидальной) сетевой топологии системы управления. Такая топология обеспечит снижение алгоритмической сложности вычислительного процесса в модулях и субмодулях, что позволит использовать микропроцессоры невысокой производительности. При взаимодействии модулей в системе управления с иерархической топологией группа полнофункциональных мехатронных субмодулей, решающих однотипные задачи и работающие совместно, должны управляться мехатронным модулем более высокого уровня. Тогда межмодульное взаимодействие в системе реализуется по принципу «Master-Worker group». Данный подход позволит увеличить быстродействие системы за счёт реализации распределённых вычислений на вычислительных устройствах модулей и субмодулей; также упрощается реализация свойств реконфигурирования и масштабирования. Однако при этом существенно возрастает роль алгоритмов межмодульного взаимодействия.
Полагаем, что принципы создания такой пирамидальной структуры могут быть основаны на теории мультиагентных систем, что позволит использовать достижения в этой области для реализации распределённых вычислений в СУ МР.
Иерархическая топология системы управления и многоагентные системы
Многоуровневая иерархическая (пирамидальная) топология предполагает, что вычислительный процесс управления полнофункционального модуля можно разбить на подфункции
аналогично методу, описанному в предыдущем разделе. Тогда реализацию этих подфункций можно возложить на субмодули (Workers), снабдив каждый субмодуль собственной системой управления, построенной на отдельном вычислительном устройстве. Управление такими субмодулями возлагается на модуль верхнего уровня (Master). При этом должно сохраняться свойство полнофункциональности модульной структуры типа «Master-Worker group». Например, транспортный модуль мобильного робота состоит из нескольких субмодулей-приводов, которые включены в систему управления ТМ. Каждый субмодуль-привод может быть исполнен как отдельный полнофункциональный модуль со своей собственной сенсорной и управляющей системой, но его функционал упрощается. Микропроцессор системы управления субмодуля-привода должен отвечать только за работу двигателя, параметры функционирования которого задаются СУ транспортного модуля (Master): положение его выходного звена, вектор скорости и т.п. Такой субмодуль должен сообщать информацию о своём текущем состоянии как другим аналогичным субмодулям в группе (Worker group), так и модулю-супервизору (Master).
Аналогично, сенсорные субмодули (Worker group) обрабатывают показания, например, групп однотипных датчиков, осуществляют их фильтрацию, преобразуют данные в требуемый формат для её передачи модулю верхнего уровня иерархии (Master), который выполняет комплексирование информации.
Модули на верхних уровнях иерархии отвечают за комплексные, поведенческие задачи -согласование работы подчинённых модулей: мобильная платформа перемещает робот в заданную точку пространства и самостоятельно выполняет объезд препятствий, дистанционный сенсорный модуль строит карту дальностей и т.д. В процессе выполнения общей задачи робота динамически выполняется межмодульное информационное взаимодействие, обеспечивающее согласованную работу всех модулей и подмодулей.
Анализ принципов построения мультиа-гентных систем показал, что в нашем подходе к созданию системы управления для роботов с модульной архитектурой наблюдаются определённые аналогии [20], применение которых в области модульной робототехники пока не нашли широкого отражения в известных публикациях. Пока не известны принципы разбиения общего процесса управления на подфункции, которые не разрушат свойство полной функцио-
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIY REGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
нальности модулей. Не определены оптимальные типы топологий коммуникационных каналов на различных уровнях иерархии сетевой структуры. Совершенно не разработаны условия и механизмы сочетания межмодульного внутриуровневого и межуровневого информационного взаимодействия. Не сформулированы требования к интерфейсам межмодульного информационного взаимодействия, не разработаны соответствующие сетевые протоколы. Для иерархической организации сетевой структуры СУ необходимо также разработать требования и условия (в том числе сетевые протоколы), обеспечивающие возможность оперативного реконфигурирования и масштабирования модульной структуры робота в зависимости от его предназначения. Не разработаны методы дистанционного динамического перепрограммирования вычислительных устройств модулей. Полагаем, что анализ свойств мультиа-гентных систем и методов организации информационного взаимодействия в таких системах позволит найти решение поставленных проблем.
«Интеллектуальные мультиагентные системы - одно из новых перспективных направлений искусственного интеллекта, которое сформировалось на основе результатов исследований в области распределенных компьютерных систем,
сетевых технологий решения проблем и параллельных вычислений» [21]. Наш подход, заключающийся в создании иерархической сетевой структуры системы управления МР, полностью соответствует приведённому определению интеллектуальной мультиагентной системы. Уже стало понятным, что процесс сложных взаимодействий автономного робота с окружающей средой в реальном масштабе времени возможно реализовать лишь посредством распределённых вычислений: никакой, даже перспективный, моновычислитель не в состоянии реализовать подобный алгоритм. Мы полагаем, что использование распределенных вычислительных систем позволит найти решение данной проблемы.
В рассмотренной функционально-модульной архитектуре системы управления МР (рис. 1) при её иерархической организации явно просматривается аналогия с таким направлением научных исследований в области информационных технологий, как «многоагентные системы» (синоним - «мультиагентные системы»).
На рис. 3 приведён один из возможных вариантов реализации изображённой на рис. 1 архитектуры системы управления мобильного робота в виде мультиагентной системы, построенной по иерархическому принципу.
Рис. 3. Мультиагентная система - сенсорная и управляющая система робота с модульной архитектурой / Fig. 3. Multi-agent system - a mobile robot's sensor and control system)
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
Агент с индексом 0.0 является пультом дистанционного управления МР (пульт человека-оператора). По радиоканалу этот агент взаимодействует с агентом с индексом 1.0, который представляет собой модуль-агент МИУ (рис. 1) и располагается на 1 -м уровне иерархии.
Агент МИУ, в соответствии со своим функциональным назначением, выполняет формирование заданий: для модуля-агента ТМ (агент с индексом 2.1), модуля-агента СМ (агент с индексом 2.2), модуля-агента МСН (агент с индексом 2.3) и модуля-агента СЛМ (агент с индексом 2.4), которые располагаются на 2-м уровне и ерархии.
Все агенты второго уровня иерархии имеют каналы информационного взаимодействия друг с другом. Информационное взаимодействие между модулями одного уровня иерархии, если оно необходимо, должно осуществляться непосредственно, а не через модуль верхнего уровня. Данное требование обеспечивает уменьшение вычислительной нагрузки на этот модуль и снижение трафика между уровнями иерархии. Такое взаимодействие, например, между ТМ и СМБД позволит транспортному модулю перемещаться в динамической среде без участия в управлении модуля МИУ, исключая возможные столкновения с препятствиями в относительно простых случаях.
Третий уровень иерархии формируется из агентов с индексом 3.1.1. Эти агенты являются программно-аппаратными модулями систем управления четырёх движителей (колёс, ног и т.п.). Агенты с индексом 4.1.1, которые располагаются на 4-м уровне иерархии, являются исполнительными устройствами - приводами, снабжёнными соответствующими датчиками. Все агенты 3.1.1 имеют коммуникационные каналы для взаимодействия друг с другом, поскольку в процессе движения транспортного модуля каждому агенту в каждый момент времени необходимо знать состояние остальных агентов, особенно в случае движения по пересечённой местности. Наличие горизонтальных связей нарушает иерархический принцип, но это может быть оправдано при конкретной технической реализации логики взаимодействий. Количество агентов 3.1.1 может меняться, например, от 3 до 8, в зависимости от конструкции ТМ: трёхколёсная -8-колёсная; 4-ногая - 8-ногая, сочетание ног и колёс и т.п. Также может изменяться функционал этого агента - ведущий (с приводом) или пассивный (только датчики).
TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
Агенты с индексами 3.2.1 и 3.2.2 также относятся к 3-му уровню иерархии и, в соответствии с рис. 1, представляют собой модули СМБД и СМДД. СМБД (с индексами 3.2.1) наиболее рационально реализовать на ультразвуковых датчиках расстояния, которые располагаются по периметру МР и формируют карту дальностей. Пример такого сенсорного модуля приведён в работе [19]. Ввиду большой вычислительной сложности обработки УЗ-сигналов одновременно от множества УЗ-датчиков (агенты с индексом 6.2.1) процесс такой обработки распараллеливается за счёт использования аналогичной пирамидальной архитектуры - агентов 4-го и 5-го уровней (с индексами 4.2.1 и 5.2.1). СМБД может иметь также линию инфракрасных (ИК) датчиков расстояния (агенты с индексом 6.2.2), например, уточняющих показания УЗ-датчиков. Однако наличие здесь шести уровней иерархии может оказаться необязательным - их может быть больше или меньше; это зависит от общего количества датчиков, сложности алгоритма ком-плексирования их показаний и производительности микропроцессора, что влияет на величину задержки реакции системы. Скорее всего, функционал агентов 3.2.1, 4.2.1 и 5.2.1 должен быть одинаков. Межмодульное информационное взаимодействие между агентами одного уровня иерархии в данном случае отсутствует. Это объясняется последовательным, от уровня к уровню, процессом обработки информации при отсутствии взаимного влияния локализованной информации; здесь выполняется процесс сегментации - восстановление связности областей. Однако в некоторых случаях такое взаимодействие может оказаться необходимым, например, при реализации алгоритма латерального торможения.
Агент с индексом 3.2.2, т.е. СМДД, может представлять собой стереоскопическую систему технического зрения (СТЗ), выполняющую ком-плексирование видеоинформации от левой и правой телекамер (индексы 5.2.2 - 5.2.4). Ком-плексирование видеоданных от двух телекамер, например, от каждой из нескольких зон поля зрения, выполняется агентами с индексом 4.2.2. При подключении иных дистанционных датчиков данная ветвь иерархического дерева может быть расширена, например, при подключении тепловизоров или лазерных сканеров. Можно предположить, что ввиду огромного потока видеоинформации, поступающего на вход СТЗ, дерево иерархии будет состоять из существенно большего количества уровней, чем изображено
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
на рисунке. Однако здесь возможно ограничение количества уровней иерархии из-за задержек, вызванных необходимым временем на обработку информации на каждом уровне.
Агент с индексом 2.3, который соответствует модулю МСН (рис. 1), выполняет роль координатора работы двух манипуляторов, управляемых собственными системами управления, которые обозначены как два одинаковых агента с индексом 3.3.1. Эти агенты фактически реализуют СУ многозвенного манипулятора (на рис. 3 - трёхзвенного с приводами 4.3.1 - 4.3.3), оснащённого схватом (агент-привод 4.3.4). Здесь, аналогично агентам с индексом 3.1.1, необходим канал информационного взаимодействия между агентами 3.3.1.
Агент с индексом 2.4, который соответствует модулю СЛМ (рис. 1), имеет информационное взаимодействие со всеми модулями и субмодулями иерархии, поскольку в его функции, кроме обеспечения электропитанием модулей, входит контроль и управление состоянием их электропитания в процессе функционирования системы, как это было описано ранее.
Каждый агент более высокого уровня (с меньшим значением первой цифры индекса) является супервизором для агентов следующего уровня иерархии.
Каналы межмодульной коммуникации в данной иерархической структуре системы управления МР могут быть построены на основе сетей различных топологий: «шина», «звезда» или их сочетание. Условия применения тех или иных типов сетей, различных топологий и сетевых протоколов предстоит ещё определить.
Свойства мультиагентных систем и их аналогии в системе управления с иерархической топологией
В нашей иерархической системе знания и ресурсы распределяются между достаточно «самостоятельными» агентами - модулями. Это следует из принципа полной функциональности. Также имеется программный модуль общего командного управления - базовый агент («резидент» в терминологии многоагентных систем). Как и в мультиагентных системах (МАС), сценарии формируются и исполняются каждым агентом-модулем самостоятельно. Агенты-модули с помощью своей сенсорной системы реагируют на непредсказуемые события, причём реакция может быть самостоятельной или осуществлять-
TECHNICAL SCIENCE 2020. No 3
ся во взаимодействии с резидентом [22] (например, человеком-оператором мобильного робота).
«Агент - это сущность, которая находится в некоторой среде, от которой она получает данные и которые отражают события, происходящие в среде, интерпретирует их и исполняет команды, которые воздействуют на среду. Агент может содержать программные и аппаратные компоненты... Отсутствие чёткого определения мира агентов и присутствие большого количества атрибутов, с ним связанных, а также существование большого разнообразия примеров агентов говорит о том, что агенты - это достаточно общая технология, которая аккумулирует в себе несколько различных областей» [23]. В нашем случае «агент» - это не только программа, это программно-аппаратное решение системы управления модуля, обеспечивающее его полную функциональность.
В теории агентов имеются два определения интеллектуального агента - «слабое» и «сильное» [23].
Интеллектуальный агент (ИА) в слабом смысле обладает следующими свойствами [24]:
автономность (autonomy) - способность ИА функционировать без вмешательства человека и при этом осуществлять самоконтроль над своими действиями и внутренним состоянием;
общественное поведение (social ability) -способность функционировать в сообществе с другими агентами, обмениваясь с ними сообщениями с помощью некоторого общепонятного языка коммуникаций;
реактивность (reactivity) - способность воспринимать состояние среды и своевременно отвечать (реагировать) на те изменения, которые в ней происходят;
про-активность (pro-activity) - способность агента брать на себя инициативу, т.е. способность генерировать цели и действовать рационально для их достижения, а не только реагировать на внешние события.
Агент-модуль в нашей модульной структуре (рис. 1) обладает свойством автономности (autonomy); это следует из ранее сформулированного принципа полной функциональности модуля.
Каждый агент-модуль также обладает свойством общественного поведения (social ability), поскольку обязательно имеет канал информационного взаимодействия с другими агентами-модулями. Отличие лишь в том, что взаимодействие не реализуется по принципу «все со всеми»; взаимодействие организуется по иерархическому
ISSN 1560-3644 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2020. № 3
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2020. No 3
принципу, а также между агентами одного уровня иерархии.
В нашей структуре каждый агент-модуль способен воспринимать состояние внешней среды и своевременно отвечать (реагировать) на те изменения, которые в ней происходят. Это реализуется с помощью датчиков внутреннего состояния модуля и дистанционных датчиков сенсорного модуля, а также с помощью актуаторов, с каждым из которых имеется информационное взаимодействие. Следовательно, каждый агент-модуль обладает свойством реактивности (reactivity).
Однако в нашем случае не все агенты-модули могут/должны обладать свойством про-активности (pro-activity); одна из задач исследований заключается в определения условий, при которых агент-модуль может или должен обладать данным свойством.
Интеллектуальный агент в сильном смысле характеризуется наличием «хотя бы некоторого подмножества» дополнительных свойств, называемых «ментальными свойствами» или, иначе, интенсиональными понятиями [24]:
цели (goals) - конкретное множество конечных и промежуточных состояний, достижение которых агент принял в качестве текущей стратегии поведения;
знания (knowledge) - это постоянная часть знаний агента о себе, среде и других агентах, т.е. та часть, которая не изменяется в процессе его функционирования;
убеждения (beliefs, вера) - знания агента о среде, в частности о других агентах; это те знания, которые могут изменяться во времени и становиться неверными, однако агент может не иметь об этом информации и продолжать оставаться в убеждении, что на них можно основывать свои выводы;
желания (desires) - это состояния, ситуации, достижение которых по разным причинам является для агента желательным, однако они могут быть противоречивыми и потому агент не ожидает, что все они будут достигнуты;
намерения (intentions) - это то, что агент или обязан сделать в силу своих обязательств по отношению к другим агентам (ему «это» поручено и он взял эту задачу на себя), или то, что вытекает из его желаний (т.е. непротиворечивое подмножество желаний, выбранное по тем или иным причинам, и которое совместимо с принятыми на себя обязательствами);
обязательства (commitments) по отношению к другим агентам - задачи, которые агент
берет на себя по просьбе (поручению) других агентов в рамках кооперативных целей или целей отдельных агентов в рамках сотрудничества.
В нашей архитектуре агенты-модули следует относить к «сильным» ИА в силу присущих им следующих ментальных свойств.
Наличие цели (goal) у агентов-модулей определяется задачей, задаваемой им супервизором, при жёсткой регламентации функций модулей-исполнителей. При этом в иерархии модуль-Master может быть одновременно модулем-Worker в группе однотипных модулей по отношению к модулю-супервизору.
Агенты-модули обязаны обладать знаниями как о себе, так и о других агентах-модулях (knowledge - постоянная часть знаний), поскольку система лишь в целом способна решить общую задачу, которую ни один из агентов-модулей самостоятельно выполнить не может. Лишь в совокупности взаимодействий полнофункциональных агентов-модулей система в целом достигает заданной цели. Иными словами, каждый агент-модуль должен в любой момент времени знать о составе своей группы (Worker group) и функциональных возможностях агентов, входящих в группу. Наличие этого свойства в данном случае обязательно ещё и потому, что необходимо обеспечивать режим «plug and play» для поддержания возможности динамического реконфи-гурирования и масштабирования - удаление агента-модуля из системы или быстрая его замена на аналогичный или модифицированный (обладающий большим количеством ментальных свойств). Более того, в процессе реконфигуриро-вания каждый вновь подключаемый агент-модуль должен всем остальным агентам-модулям сообщать не только о своём подключении к системе, но и о своих ментальных свойствах, а также получать знания о других агентах-модулях. Так, например, при замене в транспортном модуле обычных колёс на омниколёса или на «ноги» (движители) содержание ментальных свойств ТМ меняются (и существенно изменяется алгоритм управления движением), но цель (goal) для транспортного агента-модуля остаётся прежней - достичь заданного положения в пространстве. При этом возможно изменение алгоритма взаимодействия агентов-движителей. Следовательно, агенты-движители должны быть обеспечены каналами информационного взаимодействия как друг с другом, так и с агентом более высокого уровня, являющимся супервизором по отношению к агентам-движителям.
ISSN 1560-3644 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2020. № 3
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE 2020. No 3
Агент-модуль должен обладать свойством благожелательность (benevolence) - готовность агентов помочь друг другу для достижения общей цели и готовность агента решать именно те задачи, которые ему поручает агент-супервизор, что предполагает отсутствие у агента конфликтующих целей. Так, например, при движении ТМ по неровной поверхности каждый из модулей-движителей в любой момент времени может иметь различные условия для движения, но для исполнения ТМ заданного вектора скорости ему необходимо знать текущее состояние других агентов-движителей с тем, чтобы они не мешали друг другу.
Очевидно, что агенты-модули обладают свойством убеждения (beliefs - знания о среде, о других агентах, которые могут оказаться неверными), поскольку для мобильного робота априорные знания об окружающей среде и состоянии других агентов-модулей могут в любой момент времени оказаться недействительными. Эти знания могут становиться неверными, например, при повреждении каких-либо датчиков или, даже, при отказе отдельных агентов-модулей, при этом агент может не иметь об этом информации и продолжать оставаться в убеждении, что все работает нормально. Убеждения должны основываться на предыдущем опыте (память) и иметь вероятностный характер. Для минимизации ошибок состояние системы должно находиться под постоянным контролем, а выход из строя какого-либо элемента системы или уменьшение его функционала должно сопровождаться соответствующим сигналом - «болью».
В связи с реализацией агентов-модулей на программно-аппаратном уровне и их жёсткой функциональности вероятно исключается такое свойство агента, как мобильность (mobility), т.е. способность агента мигрировать по сети в поисках необходимой информации для решения своих задач. Но такая миграция возможна в пределах Work-group, например, в случае выхода из строя каких-либо датчиков или актуаторов в «модулях-коллегах».
Выводы
Рассмотренный функционально-модульный подход к построению системы управления МР, основанный на иерархическом принципе реализации распределённых вычислений, может быть представлен в виде специфической мультиагент-ной системы. Модульная архитектура системы управления МР с такими свойствами, как пол-
нофункциональность, оперативная реконфигурируемость и масштабируемость, возможность реализации режима «plug and play» и реализуемость модулей на встраиваемых системах, может рассматриваться как мультиагентная система.
Согласно приведённой ранее классификации агентов по степени развития внутреннего представления о внешнем мире и способе принятия решения, на каждом уровне иерархии могут использоваться программно-аппаратные агенты разного уровня сложности от простого рефлексного агента (на уровне приводов транспортного модуля) до обучающегося агента (нейронная сеть) на уровне агента-модуля МИУ, или даже ниже по дереву. Условия использования агентов различного уровня сложности в данной иерархической мультиагентной системе ещё предстоит определить.
Предложенная иерархическая топология скорее похожа на граф вследствие наличия горизонтальных связей между агентами одного уровня иерархии. Необходимость такого взаимодействия вытекает из обеспечения ментальных свойств агентов. Однако при реализации этой логической структуры может возникнуть ряд алгоритмических сложностей и такое взаимодействие придётся организовывать через вышестоящего агента - агента-супервизора по отношению к рассматриваемой группе агентов. Это, в свою очередь, может вызвать увеличение нагрузки на соответствующие коммуникационные каналы, а также потребовать больших вычислительных мощностей для агента-супервизора. Перспективные исследования в этом направлении, как мы полагаем, позволят найти компромиссные решения.
Используя теорию мультиагентных систем, предстоит найти формальные модели ментальных понятий и правил манипулирования с ними для описания пирамидальной структуры распределённых вычислений применительно к системе управления МР и найти представление динамических аспектов функционирования как отдельного агента-модуля, так и сообщества агентов-модулей в мобильных роботах с иерархической модульной архитектурой
Литература
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. 0stergaard E.H., Kassow K., BeckR. &.LundH.H. Design of the ATRON lattice-based self-reconfigurable robot // Autonomous Robots. 2006. Vol. 21 (2). P. 165 - 183.
ISSN 156O-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2O2O. No 3
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 Bi-omimetics. 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. & Her-
mansen 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 «АШПринт», 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 // Ме-хатроника, 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. Мно-гоагентные системы (обзор). URL: https://refdb.ru/look/ 2448008-pall.html (дата обращения 21.02.2020).
References
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. 0stergaard 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. 16 - 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 Adaptable 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.
ISSN 1560-3644 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE 2020. No 3
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. Р. 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. Р. 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. Р. 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. Р. 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. Р. 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. Р. 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. Р. 1013 - 1030.
13. Andreev V.P., Poduraev Yu.V. Functional-modular design of heterogeneous mobile robotic systems // Extreme robotics (ER-2016). Proceedings of the International Scientific and Technological Conference. Saint Petersburg: OOO «AP4Print», 2016, Р. 44 - 49.
14. Andreev V.P., Kim V.L., Pletenev P.F. The principle offull functionality of modules in heterogeneous modular mobile robots // Extreme robotics (ER-2017). Proceedings of the International Scientific and Technological Conference. Saint Petersburg: TSNII RTK. 2017. No. 1. Р. 81 - 91.
15. Andreev V.P., Kim V.L. Development offunctional nodes of a heterogeneous modular mobile robot // Extreme robotics (ER-2016). Proceedings of the International Scientific and Technological Conference. Saint Petersburg: OOO «AP4Print», 2016, Р. 359 - 369.
16. Andreev V.P., Kim V.L. Method for controlling the movement of a modular mobile robot using two-dimensional vector fields // Robotics and technical Cybernetics. 2017. No. 4 (17). Р. 22 - 27.
17. Andreev V.P., Kim V.L., Poduraev Yu.V. Network solutions in the architecture of heterogeneous modular mobile robots // Robotics and technical Cybernetics. 2016. No. 3 (12). Р. 23 - 29.
18. Andreev V.P., Pletenev P.F. Method of information interaction for distributed control systems in robots with modular architecture // SPIIRAS Proceedings. 2018. No. 2 (57). Р. 134 - 160.
19. Andreev V.P., Tarasova V.E. Determining the shape of obstacles by a mobile robot using scanning angular movements of an ultrasonic sensor // Mechatronics, automation, and control. 2017. Vol. 18. No. 11. Р. 75 - 763.
20. Andreev V.P., Kim V.L., Pletenev P.F. Software and hardware solution for operational reconfiguration of heterogeneous robots // Mechatronics, automation, and control. 2018. Vol. 19. No. 6. Р. 387 - 395.
21. Multi-agent systems. Basic concepts of agent theory. Available at: https://intellect.icu/11-multiagentnye-sistemy-5354 (accessed 21 February2020).
22. KNOW INTUIT. Multi-agent technologies. Available at: http://www.intuit.ru/studies/courses/11068/1102%20/lecture/17391 (accessed 21 February 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, pp. 3-39.
24. Gorodetskiy V.I., Grushinskiy M.S., Khabalov A.V. Mnogoagentnye sistemy (obzor). Available at: https://refdb.ru/look/2448008-pall.html (accessed 21 February2020).
Поступила в редакцию /Received 12 мая 2020 г. /May 12, 2020
