Библиографическое описание:

Мохов А. Д., Данг Х. Ф. Автоматизация конструирования моделей мобильных роботов // Молодой ученый. — 2010. — №5. Т.1. — С. 96-98.

Проектирование мобильных роботов (МР) является сложной задачей, требующей от проектировщика  знаний в различных предметных областях, таких как проектирование встраиваемого программно-аппаратного обеспечения, проектирование оборудования, сенсорный отбор, проектирование систем управления и механических конструкций. Для повышения эффективности проектирования МР применяется различное программное обеспечение (средства программирования и численных расчетов, средства моделирования, пакеты искусственного интеллекта, интегрированные пакеты). Анализ этих систем показывает что они ориентированы в основном на проектирование промышленных роботов или на конкретные машины (Aibo, роботы производства компании Irobot и т. д.). Кроме того, они предназначены только для работы над отдельными подсистемами роботов (кинематики или системы управления, разработки искусственного интеллекта)и не позволяют построить полную модель на этапе концептуального проектирования. Таким образом задача разработки программных средств поддержки проектирования МР является актуальной.

Проведен анализ систем моделирования МР. При проектировании МР применяются различные системы моделирования, такие как: Microsoft Robotics Developer Studio, Carmen Toolkit, Webots, и другие. Недостатками этих систем является:

-                   отсутствие учета и поддержки реальной среды эксплуатации робота (тип поверхности его перемещения, погодные условия и пр.);

-                   при управлении реальным роботом используется его симуляция, которая может не полностью совпадать с реальным прототипом;

-                   чем точнее модель, тем больше настроек она требует;

-                   отсутствие инструментов для работы с моделью робота(редакторы моделей);

-                   поддержка небольшого числа моделей роботов;

-                   отсутствие инструментов для оптимизации конструкции МР к конкретным условиям;

-                   моделирование физики является сильно упрощенным.

Для повышения эффективности проектирования МР необходима разработка новых средств синтеза и оптимизации моделей и разработка автоматизированной системы моделирования и конструирования МР, позволяющей устранить недостатки существующих систем.

В результате исследования методов и моделей применяемых для моделирования эволюции виртуальных существ автором была разработана  модель МР. Модель МР, включает в себя  описание элементов кинематической структуры, кинематические связи, логические элементы системы управления, сенсоры, исполнительные механизмы, связи между элементами системы управления. Для описания модели используется модифицированный язык RoboML.


Разработана АС моделирования МР. Архитектура АС система моделирования МР представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Архитектура АС моделирования МР

 

Подсистема моделирования поведения МР предназначена для симуляции функционирования и поведения МР в какой либо окружающей среде.

Подсистема генерации моделей МР предназначена для синтеза и оптимизации моделей МР. Для решения задач синтеза и оптимизации используются эволюционные методы моделирования.

Подсистема редактирования моделей МР и база данных компонентов МР предназначена для конструирования и редактирования МР, до и после использования их в подсистеме моделирования поведения МР. Архитектура подсистемы представлена на рисунке 2. 

 

 

 


Рисунок 2 — Архитектура подсистемы редактирования моделей МР.

Подсистема  включает 4 модуля:

-                   модуль работа с файлами (описными в формате RoboML);

-                   модуль создания и редактирования новых элементов (или модели роботов);

-                   модуль создания и редактирования модели робота;

-                   модуль визуального процесса проектирования;

Модуль работа с файлами позволяет работать с моделями описанными в формате RoboML.

Модуль создания и редактирования  новых элементов позволяет добавлять новые элементы или  модели робота в базу данных.

Модуль создания и редактирования модели робота – это основной модули в системе, включает в себя две подсистемы:

-                   подсистема создания и редактирования кинематической схемы;

-                   подсистема создания и редактирования система управления;

Кинематическая схема – это множество элементов изображающих форму модели робота, каждый элемент кинематической схемы содержит следующую информацию: имя, геометрия, физические свойства и свое положение в пространстве а также кинематические  связи между этими элементами.

Система управления это набор управляющих элементов (датчик,  и исполнительные механизмы) каждый управляющий элемент содержит кинематическую схему и их сигналы (вход, выход, переменные, параметры), которые будут обрабатываться алгоритмом поведения робота.

С помощью двух подсистем, пользователь легко может редактировать кинематическую схему и систему управления соответственно в соответствии со своими задачами.

Модуль визуального процесса проектирования – это набор интерфейсов, позволяющий легко использовать систему. Для реализации функций подсистем используются JAVA c использованием Java 3D API. Пример экранной формы приведен на рисунке 3.


Рисунок 3 — Пример экранной формы.

 

Литература:

1.       Сергей Бобровский. Стандарты робототехники и открытые платформы, 2004. // http://www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=67500

2.       Маркеев Андрей. RoboML - язык описания структуры робота. // http://robot.paccbet.ru/docs/roboml.php

3.       Microsoft Robotics Studio - робототехника для всех. // http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=6470

 

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle