Базова структура системи нейронечіткого управління групою мобільних робототехнічних платформ

Abstract

Показано, що для групового управління мобільними робототехнічними платформами (МРП) можуть використовуватися такі підходи: централізований (зосереджений), децентралізований (розподілений) та гібридний. Визначено, що актуальним завданням є розроблення системи нейронечіткого управління групою МРП, яка повинна виконувати: розподіл завдань між МРП, визначення маршрутів руху МРП, спільне планування робіт та їх синхронізацію. Сформульовано вимоги до системи нейронечіткого управління групою МРП, основними з яких є: ефективне управління групою МРП; мінімізація часу на виконання завдань; гнучкість та адаптивність до змінних умов роботи; надійна та стійка робота при реалізації різних сценаріїв; розширення функцій та масштабування відносно кількості МРП; точність та надійність управління рухом кожної МРП; реагування на зміни умов роботи; безперебійна робота групи МРП; ефективне використання ресурсів МРП; зменшення габаритів, ваги та енергоспоживання; управління у реальному часі; збирання даних про навколишнє середовище та стан МРП; бездротовий зв’язок між МРП; розроблення програмних засобів, з урахуванням розподіленої архітектури; реалізація інтерфейсу програмування з можливістю розроблення додаткового програмного забезпечення та інтеграції з іншими системами; збереження даних про стан всіх МРП для подальшого аналізу та вдосконалення управління групою МРП. Визначено такі основні етапи розроблення системи нейронечіткого управління групою МРП: формулювання задачі; аналіз вимог до системи; проектування апаратних засобів; розроблення алгоритму нейронечіткого управління; розроблення ПЗ; тестування та налаштування; впровадження та експлуатація. Запропоновано розроблення системи нейронечіткого управління групою МРП виконувати на базі інтегрованого підходу, який охоплює: методи нейронечіткого управління групою МРП, штучні нейронні мережі та нечітку логіку; методи навігації, методи попереднього опрацювання та розпізнавання зображень; методи інтелектуального опрацювання та оцінювання даних із давачів в умовах дії завад і неповноти інформації; сучасні методи та алгоритми інтелектуального управління рухом МРП; сучасну елементну базу (мікроконтролери, системи на кристалі, ПЛІС тощо); методи та засоби автоматизованого проектування апаратних і програмних засобів МРП. Запропоновано реалізацію системи нейронечіткого управління групою МРП виконувати на підставі проблемно-орієнтованого підходу, який передбачає поєднання програмного (універсального) і апаратного (спеціалізованого) забезпечення, який забезпечує високу ефективність використання обладнання. Вдосконалено метод часового розподілу ресурсів запам’ятовуючого середовища багатопортової пам’яті, який за рахунок врахування швидкодії запам’ятовуючого середовища та зовнішніх пристроїв забезпечує збільшення кількості пристроїв із безконфліктним доступом до запам’ятовуючого середовища.

It is shown that the following approaches can be used for group management of mobile robotic platforms (MRP): centralized (concentrated), decentralized (distributed) and hybrid. It was determined that an urgent task is the development of a neurofuzzy management system for the MRP group, which must perform the distribution of tasks between the MRPs, the determination of MRP movement routes, joint planning of works and their synchronization. The requirements for the system of neurofuzzy management of the MRP group are formulated, the main of which are the provision of: effective management of the MRP group; minimization of time for tasks; flexibility and adaptability to changing working conditions; reliable and stable operation when implementing various scenarios; expansion of functions and scaling relative to the number of MRPs; accuracy and reliability of traffic management of each MRP; response to changes in working conditions; uninterrupted work of the MRP group; effective use of MRP resources; reduction of dimensions, weight and energy consumption; management in real time; collecting data on the environment and the state of the MRP; wireless communication between MRP; development of software tools taking into account the distributed architecture; implementation of a programming interface with the possibility of developing additional software and integration with other systems; saving data on the status of all MRPs for further analysis and improving the management of the MRP group. The following main stages of the development of the neurofuzzy control system by the MRP group were identified: problem formulation; analysis of system requirements; hardware design; development of a neurofuzzy control algorithm; software development; testing and tuning; implementation and operation. It is suggested that the development of the system of neurofuzzy control of the MRP group be carried out on the basis of an integrated approach, which includes: methods of neurofuzzy control of the MRP group, artificial neural networks and fuzzy logic; navigation methods, methods of pre-processing and image recognition; methods of intellectual processing and evaluation of data from sensors in conditions of interference and incomplete information; modern methods and algorithms of intelligent traffic control of MRP; modern element base (microcontrollers, systems-on-chip, FPGA, etc.); methods and means of automated design of hardware and software of MRP. It is proposed to implement the neurofuzzy control system by the MRP group on the basis of a problem-oriented approach, which involves a combination of universal software and specialized hardware, which ensures high efficiency of equipment use. The method of time allocation of resources of the storage medium of multiport memory has been improved, which, due to the consideration of the speed of the storage medium and external devices, ensures an increase in the number of devices with conflict-free access to the storage medium.