Интеграция беспроводной связи для оптимизации распознавания окружения и расчёта траектории движения группы роботов

В настоящее время искусственный интеллект и групповая робототехника становятся широко распространенными и используются в гражданских задачах. Основная цель статьи – показать возможность использования знаний о совместном окружении группы роботов при решении задачи навигации путем обеспечения передачи данных между роботами. В методике, представленной в статье, рассматривается комплекс задач, выполнение которых улучшает результаты роботизированной групповой навигации. Исследование затрагивает проблемы робототехнического зрения, планирования путей, хранения и обмена данными. В статье описывается структура лазерной системы технического зрения реального времени как основного инструмента взаимодействия роботов с окружающей. В системе зрения используется принцип динамической триангуляции. В статье приведены примеры полученных данных, методы сохранения разрешающей способности сканирования на расстоянии и контроля скорости. В соответствии с данными, полученными с помощью предоставленной системы зрения, было решено использовать матричный подход для планирования пути роботов, что позволяет решать задачи дискретизации окружения и аппроксимации траектории. Сравниваются два типа структуры сети для передачи данных. Авторы предлагают методологию формирования динамической сети на основе системы смены лидеров. Для апробации теории было разработано программное обеспечение для моделирования группы роботов. Полученные результаты показывают, что обмен знаниями внутри группы может значительно улучшить планирование траекторий движения роботов.

группа роботов, планирование путей, система зрения, 3D лазерный сканер, сети, передача данных

1. B. Eskridge, E. Valle, I. Schlupp. Emergence of Leadership within a Homogeneous Group. PLoS ONE, vol. 10, № 7, 2015

2. V. Pshikhopov, M. Medvedev, A. Kolesnikov, R. Fedorenko, G. Boris. Decentralized Control of a Group of Homogeneous Vehicles in Obstructed Environment. Journal of Control Science and Engineering, 2016, 8 p.

3. O. Sergiyenko, M. Ivanov, V. Tyrsa, M. Rivas-López, D. Hernández-Balbuena, W. Flores-Fuentes, J. C. Rodríguez-Quiñonez, J. I. Nieto-Hipólito, W. Hernandez, A. Tchernykh. Data transferring model determination in robotic group. Robotics and Autonomous Systems, vol. 83, 2016, pp. 251-260.

4. O.Yu. Sergiyenko, M.V. Ivanov, V.M. Kartashov, V.V. Tyrsa, D. Hernández-Balbuena and J.I. Nieto-Hipólito. Transferring model in robotic group. In Proc. of the 2016 IEEE 25th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), 2016, pp. 946-952.

5. David J. Grymin, Charles B. Neas and Mazen Farhood. A hierarchical approach for primitive-based motion planning and control of autonomous vehicles. Robotics and Autonomous Systems, vol. 62, no. 2, 2014, pp. 214-228.

6. Bence Kovács, Géza Szayer, Ferenc Tajti, Mauricio Burdelis, Péter Korondi. A novel potential field method for path planning of mobile robots by adapting animal motion attributes. Robotics and Autonomous Systems, vol. 82, 2016, pp. 24-34.

7. V.A. Bobkov, Y.I. Ron'shin, A.P. Kudryashov, V.Y. Mashentsev. 3D SLAM from stereoimages. Programming and Computer Software, vol. 40, № 4, 2014, pp. 159-165.

8. V.A. Bobkov, A.P. Kudryashov, S.V. Mel'man. On the Recovery of Motion of Dynamic Objects from Stereo Images. Programming and Computer Software, vol. 44, № 3, 2018, pp. 148-158.

9. N. Kamaev, V.A. Sukhenko, D.A. Karmanov. Constructing and visualizing three-dimensional sea bottom models to test AUV machine vision systems. Programming and Computer Software, vol. 43, № 3, 2017, pp. 184-195.

10. O. Vilão, D.H. Perico, I.J. Silva, T.P.D. Homem, F. Tonidandel, R.A.C. Bianchi. A Single Camera Vision System for a Humanoid Robot. In Proc. of the Joint Conference on Robotics: SBR-LARS Robotics Symposium and Robocontrol, 2014, vol. 1, pp. 181-186.

11. N. Gryaznov и A. Lopota. Computer Vision for Mobile On-Ground Robotics. Procedia Engineering, vol. 100, 2015, pp. 1376-1380.

12. M.C. Achtelik и D. Scaramuzza.Vision-Controlled Micro Flying Robots: From System Design to Autonomous Navigation and Mapping in GPS-Denied Environments. IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 21, № 3, 2014, pp. 26-40.

13. N.F. Pashchenko, K.S. Zipa, A.V. Ignatenko. An algorithm for the visualization of stereo images simultaneously captured with different exposures. Programming and Computer Software, vol. 43, № 4, 2017, pp. 250-257.

14. G. Alenyà Ribas, S. Foix Salmerón, C. Torras Genís.ToF cameras for active vision in robotics. Sensors and Actuators A: Physical, vol. 218, 2014, pp. 10-22.

15. A. Mikhaylichenko и A.B. Kleshchenkov. Approach to Non-Contact Measurement of Geometric Parameters of Large-Sized Objects. Programming and Computer Software, vol. 44, № 4, 2018, pp. 271-277.

16. L.C. Básaca-Preciado, O.Y. Sergiyenko, J.C. Rodríguez-Quinonez, X. García, V.V. Tyrsa, M. Rivas-Lopez, D. Hernandez-Balbuena, P. Mercorelli, M. Podrygalo, A. Gurko, I. Tabakova, O. Starostenko. Optical 3D laser measurement system for navigation of autonomous mobile robot. Optics and Lasers in Engineering, vol. 54, 2014, pp. 159-169.

17. O. Sergiyenko, W. Hernandez, V. Tyrsa, L.D. Cruz, O. Starostenko, M. Pena-Cabrera. Remote Sensor for Spatial Measurements by Using Optical Scanning. Sensors (Basel), vol. 9, № 7, 2009, pp. 5477-5492.

18. P.E. Bezier. How Renault Uses Numerical Control for Car Body Design and Tooling. Society of Automotive Engineers, Detroit, MI, USA, 1968.

19. L. Han, H. Yashiro, T. Nejad, Q. Do, S. Mita. Bezier curve based path planning for autonomous vehicle in urban environment. In Proc. of the IEEE Intelligent Vehicles Symposium, 2010, pp. 1036-1042.

20. Kuniaki Kawabata, Liang Ma, Jianru Xue, Chengwei Zhu, Nanning Zheng. A path generation for automated vehicle based on Bezier curve and via-points, Robotics and Autonomous Systems, vol. 74, № A, 2015, pp. 243-252.

21. J. Hocking, Unity in Action: Multiplatform Game Development in C# with Unity 5. Shelter Island, New York, Manning Publications, 2015, 352 p.

22. X. Garcia, O. Sergiyenko, V. Tyrsa, M. Rivas-Lopez, D. Hernandez-Balbuena, J. C. Rodriguez-Quiñonez, L. C. Basaca-Preciado, P. Mercorelli. Optimization of 3D laser scanning speed by use of combined variable step. Optics and Lasers in Engineering, vol. 54, 2014, pp. 141-151.

23. R. Vincent, B. Morisset, A. Agno, M. Eriksen, C. Ortiz. Centibots: Large-scale autonomous robotic search and rescue experiment. In Proc. of the 2nd International Joint Topical Meeting on Emergency Preparedness & Response and Robotics & Remote Systems, 2008.

24. Abduladhem A. Ali, Abdulmuttalib T. Rashid, Mattia Frasca, Luigi Fortuna. An algorithm for multi-robot collision-free navigation based on shortest distance. Robotics and Autonomous Systems, vol. 75, 2016, pp. 119-128.

25. P. Muñoz, R.-M. D. María, D.F. Barrero. Unified framework for path-planning and task-planning for autonomous robots. Robotics and Autonomous Systems, vol. 82, 2016, pp. 1-14.

26. V. Trianni, E. Tuci, C. Ampatzis, M. Dorigo. Evolutionary swarm robotics: A theoretical and methodological itinerary from individual neuro-controllers to collective behaviors. In The horizons of evolutionary robotics, Cambridge [MA], MIT Press, 2014, pp. 153–178.