Ievads bara robotikā

Mijiedarbība, situācijas izpratne un pēc tam reaģēšana ir dažas no cilvēka izcilākajām iezīmēm, un tās ir lietas, kas mūs padara par tādiem, kādi esam. Mēs esam dzimuši dzīvot sociālā sabiedrībā, un mēs vienmēr esam par sevi zinājuši, ka esam visveiksmīgākā sociālā būtne, kas pazīstama kopš šīs planētas radīšanas.

Sociālā kultūra un savstarpējā mijiedarbība, lai palīdzētu kopīgam mērķim, ir sastopama ne tikai cilvēkos, bet arī citās šīs planētas sugās, piemēram, putnu, zivju vai bišu barā, un viņiem ir tikai viena kopīga iezīme. kolektīva uzvedība. Kad putni migrē bieži redzamajā vietā, viņi ir grupā, kuru vada viņu grupas galvenais dalībnieks, un visi viņiem seko, un viņu grupa ir veidota noteiktās ģeometriskās formās, neskatoties uz to, ka putniem nav jēgas no formām un figūrām, un arī grupa ir izveidota tā, ka grupas vecākie dalībnieki atrodas uz robežām, kamēr jaunie vai jaundzimušie ir centrā.

Tādas pašas īpašības ir sastopamas uguns skudrās, šīs skudras nedaudz atšķiras no citām skudru sugām un ir īpaši pazīstamas ar savu grupu uzvedību, tās veido kopā, ēd kopā un kopā aizsargā savas kolonijas no upuriem. viņi var sasniegt vairāk, atrodoties grupā. Nesen tika veikts pētījums par šo skudru grupas uzvedību, kurā tika atklāts, ka viņi spēj izveidot spēcīgas struktūras, kad vien nepieciešams, piemēram, ja nepieciešams, lai izveidotu nelielu tiltu šķērsošanai.

Neskatoties uz visiem viņu ierobežojumiem, šo sociālo dzīvnieku kolektīvā izturēšanās un kukaiņu palīdzība var sasniegt vairāk. Pētnieki ir pierādījuši, ka šo grupu indivīdiem nav nepieciešama nekāda pārstāvība vai izsmalcinātas zināšanas, lai radītu tik sarežģītu uzvedību. Sociālajos kukaiņos dzīvnieku un putnu indivīdi netiek informēti par kolonijas globālo stāvokli. Zināšanas par baru tiek izplatītas visos aģentos, kur indivīds nespēj izpildīt savu uzdevumu bez pārējā spieta. Ko darīt, ja šo kolektīvo uztveri var iekļaut Robotu grupā? Tas ir tas, kas ir robotu robotika, un mēs par to sīkāk uzzināsim šajā rakstā .

Roboti kā daļa no spieta

Mūsu vide, kurā mēs dzīvojam, mūs ļoti iedvesmo, daudzi no mums iedvesmo savu darbu no dabas un apkārtējās vides, slaveni izgudrotāji, piemēram, Leonardo da Vinci, to paveica ļoti labi, un to var redzēt viņa dizainā mūsdienu pasaulē, tāpat mēs strādājam pie tā paša procesa, lai risinātu projektēšanas un inženiertehniskās problēmas, piemēram, ložu vilcienu deguns ir iedvesmots no jūras velna knābja, lai tas būtu lielāks ātrums, energoefektīvāks un radītu salīdzinoši mazāku troksni, kad tas iet tuneļi un ir termins, par šo un to sauc par Biomimicry.

Tātad, lai atrisinātu sarežģītus uzdevumus, kur cilvēka iejaukšanās ir sarežģīta un sarežģītāka par to, kam jābūt vairāk nekā tikai parastam robotam, piemēram, noteiktiem lietošanas gadījumiem, kad ēka ir sabrukusi zemestrīces dēļ un cilvēki ir nomākti zem betona, noteikti šī problēma nepieciešams kaut kāds robots, kas var izpildīt vairākus uzdevumus vienlaikus un pietiekami mazs, lai to paveiktu konkrēti, un vispirms palīdz iegūt informāciju par cilvēku eksistenci, tāpēc, kas jums ienāk prātā, mazu mazu robotu grupa pietiekami un patstāvīgi izveido savu ceļu un iegūst informāciju, un tas noteikti atdarina kaut kādu kukaiņu vai mušu baru, tātad tur, kur bara robotika nonāk pirmajā vietā, un šeit ir formālākā. Spieta robotikair multi-robotikas joma, kurā liels skaits robotu tiek koordinēts sadalītā un decentralizētā veidā. tā ir balstīta uz vietējo noteikumu izmantošanu, maziem vienkāršiem robotiem, kurus iedvesmojusi sociālo kukaiņu kolektīvā uzvedība, lai liels skaits vienkāršu robotu varētu efektīvāk pārspēt sarežģītu uzdevumu nekā viens robots, piešķirot grupai robustumu un elastību..

Organizācijas un grupa rodas no mijiedarbības starp indivīdiem un starp indivīdiem un norobežojošo vidi, šīs mijiedarbības ir izkaisītas pa visu koloniju, un tādējādi kolonija var atrisināt uzdevumus, kurus grūti atrisināt vienīgajam indivīdam, kas nozīmē darbu kopīga mērķa sasniegšanā.

Kā Swarm Robotics ir iedvesmojusies no sociālajiem kukaiņiem

Vairāku robotu sistēmas uztur dažas sociālās kukaiņu pazīmes, piemēram, izturību, robotu bars var darboties pat tad, ja daži no indivīdiem neizdodas vai apkārtējā vidē ir traucējumi; elastība, spiets spēj radīt dažādus risinājumus dažādiem uzdevumiem un spēj mainīt katru robota lomu atkarībā no brīža nepieciešamības. Mērogojamība, robotu bars spēj strādāt dažādos grupu izmēros, sākot no dažiem indivīdiem līdz pat tūkstošiem no tiem.

Robotu bara raksturojums

Kā minēts, vienkāršs robotu bars iegūst tādu sociālo kukaiņu īpašību, kas ir uzskaitīti šādi

1. Robotu baram jābūt autonomam un jāspēj sajust un rīkoties reālā vidē.

2. Robotu skaitam barā jābūt pietiekami lielam, lai atbalstītu katru uzdevumu kā grupu, kas viņiem jāveic.

3. Spietā jābūt viendabīgumam, spietā var būt dažādas grupas, taču to nedrīkst būt par daudz.

4. Vienam spieta robotam jābūt darbspējīgam un neefektīvam attiecībā uz galveno mērķi, tas ir, viņiem ir jāsadarbojas, lai gūtu panākumus un uzlabotu sniegumu.

5. Visiem robotiem ir nepieciešamas tikai vietējās uztveres un komunikācijas iespējas ar kaimiņu bara partneri, tas nodrošina bara koordinācijas sadalījumu un mērogojamība kļūst par vienu no sistēmas īpašībām.

Multi-robotikas sistēmas un spietu robotika

Spieta robotika ir daļa no daudzrobotu sistēmas, un kā grupai to daudzajām asīm ir dažas īpašības, kas nosaka viņu grupas uzvedību

Kolektīva izmērs: Kolektīvais izmērs ir SIZE-INF, kas ir N >> 1, kas ir pretējs SIZE-LIM, kur robota N skaits ir mazāks nekā viņu attiecīgais vides izmērs, kurā tie ievietoti.

Komunikācijas diapazons: Komunikācijas diapazons ir COM-NEAR, lai roboti varētu sazināties tikai ar tiem robotiem, kuri ir pietiekami tuvu.

Komunikācijas topoloģija: Sietā esošo robotu komunikācijas topoloģija parasti būtu TOP-GRAPH, roboti ir saistīti vispārējā grafu topoloģijā.

Sakaru joslas platums: Sakaru joslas platums ir BAND-MOTION, Sakaru izmaksas starp diviem robotiem ir vienādas ar robotu pārvietošanu starp vietām.

Kolektīvā pārkonfigurējamība: Kolektīvā pārkonfigurējamība parasti ir ARR-COMM, tā ir saskaņota vienošanās ar biedriem, kuri sazinās, bet tas varētu būt arī ARR-DYN, tas ir, dinamisks izvietojums, pozīcijas var mainīties nejauši.

Procesa spēja: Procesa spēja ir PROC-TME, kur skaitļošanas modelis ir tūninga mašīnas ekvivalents.

Kolektīvā kompozīcija: Kolektīvā kompozīcija ir CMP-HOM, kas nozīmē, ka roboti ir viendabīgi.

Multi-robotikas sistēmu priekšrocības salīdzinājumā ar vienu robotu

• Uzdevumu paralēlisms: mēs visi zinām, ka uzdevumi varētu būt sadalāmi, un mēs visi esam informēti par veiklās attīstības metodi, tāpēc, izmantojot paralēlismu, grupas var padarīt uzdevumu efektīvāku.
• Uzdevuma iespējošana: grupa ir jaudīgāka par vienu un tas pats attiecas uz spietu robotiku, kur robotu grupa var likt uzdevumam veikt noteiktu uzdevumu, kas nav iespējams vienam robotam
• Izplatīšana sensorā: Tā kā spietam ir kolektīvs uztvērējs, tā tam ir plašāks uztveršanas diapazons nekā viena robota diapazonam.
• Izplatīšana darbībā: robotu grupa var vienlaikus iedarbināt dažādas darbības dažādās vietās.
• Kļūdu tolerance: viena robota izgāšanās grupas robotu pulkā nenozīmē, ka uzdevums neizdosies vai to nevarēs paveikt.

Eksperimentālas platformas spietu robotikā

Spietu robotikai tiek izmantotas dažādas eksperimentālās platformas, kas paredz dažādu eksperimentālo platformu un dažādu robotizētu simulatoru izmantošanu, lai stimulētu spietu robotikas vidi bez faktiskās nepieciešamās aparatūras.

1. Robotu platformas

Dažādos bara-robotu eksperimentos dažādās laboratorijās tiek izmantotas dažādas robotu platformas

i) Swarmbot

Izmantotie sensori: robotam ir dažādi sensori, kas ietver diapazona sensorus un kameru.

Kustība: tā izmanto riteņus, lai pārvietotos no viena uz otru.

Izstrādāja: To izstrādāja Rīsu universitāte, ASV

Apraksts: SwarmBot ir robotu robotu platforma, kas izstrādāta Rīsu universitātes pētījumiem. Tas var patstāvīgi darboties aptuveni 3 stundas ar vienu uzlādi, turklāt šie roboti ir paši iespējoti, lai atrastu un piestātos pie sienām novietotajās uzlādes stacijās.

(ii) Kobots

Izmantotie sensori: Tas ietver attāluma sensora, redzes sensoru un kompasa izmantošanu.

Kustība: to kustībai tiek izmantoti riteņi

Izstrādāja: Tas ir izstrādāts KOVAN pētījumu laboratorijā Tuvo Austrumu Tehniskajā universitātē, Turcijā.

Apraksts: Kobot ir īpaši izstrādāts pētījumu veikšanai par robotu robotiku. Tas ir izgatavots no vairākiem sensoriem, kas padara to par perfektu platformu dažādu robotu robotu situāciju veikšanai, piemēram, koordinētai kustībai. Tas var darboties autonomi 10 stundas ar vienu uzlādi. Tas ietver arī nomaināmu akumulatoru, kas jāuzlādē manuāli, un to galvenokārt izmanto pašorganizēšanās scenāriju īstenošanā.

(iii) S-bot

Izmantotie sensori: Tas izmanto dažādus sensorus, lai lietas darbotos kā gaismas, IS, stāvokļa, spēka, ātruma, temp, mitruma, paātrinājuma un mikrofona sensori.

Kustība: tā kustībām izmanto treileri, kas piestiprināti pie pamatnes.

Izstrādāja: To izstrādāja École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Šveice.

Apraksts: S-bot ir viena no daudzajām kompetentajām un ievērojamajām robotizētajām platformām, kas jebkad uzbūvēta. tam ir unikāls satvērēja dizains, kas spēj satvert objektus un citus s robotus. Arī viņi var aptuveni vienu stundu strādāt ar vienu uzlādi.

(iv) Jasmīna robots

Izmantotie sensori: tas izmanto attāluma un gaismas sensorus.

Izstrādāja: To izstrādāja Štutgartes Universitāte, Vācija.

Kustība: tā pārvietojas pa riteņiem.

Apraksts: Jasmine mobilie roboti ir spieķu robotu platformas, kuras tiek izmantotas daudzos robotu robotizētos pētījumos.

(v) E-ripa

Izmantotie sensori: tajā tiek izmantoti dažādi sensori, piemēram, attālums, kamera, gultnis, paātrinājums un mikrofons.

Izstrādāja: École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Šveice

Kustība: tā ir balstīta uz riteņa kustību.

Apraksts: E-ripa galvenokārt ir paredzēta izglītības vajadzībām un ir viens no veiksmīgākajiem robotiem. Tomēr tās vienkāršības dēļ to bieži izmanto arī robotizētās robotikas pētījumos. Tam ir lietotāja nomaināmas baterijas, kuru darba laiks ir 2-4 stundas.

vi) Kilobots

Izmantotie sensori: tajā tiek izmantota attāluma un gaismas sensoru kombinācija.

Izstrādāja: Hārvardas universitāte, ASV

Kustība: tā izmanto sistēmas vibrācijas sistēmas ķermeņa kustībai.

Apraksts: Kilobot ir vidēji nesena robotizēta platforma ar unikālu grupas uzlādes un grupas programmēšanas funkciju. Pateicoties vienkāršībai un zemam enerģijas patēriņam, tā darbības laiks ir līdz 24 stundām. Robotus manuāli uzlādē grupās īpašā uzlādes stacijā.

2. Simulatori

Robotu simulatori atrisina aparatūras problēmu, kas nepieciešama robotprogrammu uzticamības pārbaudei mākslīgi simulētos reālās vides parametros.

Pastāv daudzi robotu simulatori, kurus var izmantot vairāku robotu eksperimentos, konkrētāk, robotu eksperimentiem ar baru, un tie visi atšķiras gan pēc tehniskajiem aspektiem, gan ar licenci un izmaksām. Daži no spietu robotu un daudzrobotu platformu simulatoriem ir šādi:

• SwarmBot3D: SwarmBot3D ir simulators multi-robotikai, bet paredzēts tieši SwarmBot projekta S-Bot robotam.
• Microsoft Robotics Studio: Robotu studija ir Microsoft izstrādāts simulators. Tas ļauj veikt vairāku robotu simulāciju un prasa Windows platformas palaišanu.
• Weboti: Weboti ir reālistisks mobilais simulators, kas ļauj veikt vairāku robotu simulācijas ar jau uzbūvētiem īsto robotu modeļiem. Tas var simulēt reālas sadursmes, pielietojot reālās pasaules fiziku. Tomēr tā veiktspēja samazinās, strādājot ar vairāk nekā robotiem, kas apgrūtina simulācijas ar lielu skaitu robotu.
• Spēlētājs / skatuve / lapene: Spēlētājs / skatuve / lapene ir atvērtā koda simulators ar vairāku robotu iespējām un plašu pieejamo robotu un sensoru komplektu, kas ir gatavs lietošanai. Tas var labi tikt galā ar spietu-robotu eksperimentu simulācijām 2D vidē ar ļoti labiem rezultātiem. Iedzīvotāju skaits vidē reālā laikā var mērogot līdz pat 1000 vienkāršiem robotiem.

Algoritmi un tehnika, ko izmanto dažādiem uzdevumiem Sietu robotikā

Šeit mēs izpētīsim dažādas tehnikas, ko izmanto spietu robotikā dažādiem vienkāršiem uzdevumiem, piemēram, apkopošanai, dispersijai utt. Šie uzdevumi ir sākotnējie pamata soļi visiem augstas klases, kas strādā spietu robotikā.

Apkopošana: apkopošana apvieno visus robotus, un tas ir patiešām svarīgs un pirmais solis citos sarežģītos posmos, piemēram, modeļa veidošanā, pašsapulcē, informācijas apmaiņā un kolektīvās kustībās. Robots izmanto savus sensorus, piemēram, tuvuma sensorus un mikrofonu, kas izmanto skaņas apmaiņas mehānismus, izmantojot tādu izpildmehānismu kā skaļruņi. Sensori palīdz vienam robotam atrast tuvāko robotu, kas arī izrādās grupas centrs, kur robotam ir jākoncentrējas tikai uz otru robotu, kas atrodas grupas centrā, un jāsasniedz tas pretī un tas pats process seko visi spieta locekļi, kas viņiem ļauj visus apkopot.

Izkliede: Kad roboti tiek apvienoti vienā vietā, tad nākamais solis ir tos izkliedēt vidē, kur viņi strādā kā viens vienīgs spieta loceklis, un tas arī palīdz izpētīt vidi, kad katrs spiets ir izveidojies. kā vienu sensoru, kad to atliek izpētīt. Robotu izkliedēšanai ir ierosināti un izmantoti dažādi algoritmi, viena no pieejām ietver potenciālo lauka algoritmu robotu izkliedēšanai, kuros roboti tiek atvairīti ar šķēršļiem un citiem robotiem, kas ļauj bara videi izkliedēties lineāri.

Viena no citām pieejām ir dispersija, kuras pamatā ir bezvadu intensitātes signālu nolasīšana, bezvadu intensitātes signāli ļauj robotiem izkliedēties bez viņu tuvāko kaimiņu zināšanām, viņi vienkārši uztver bezvadu intensitāti un sakārto tos, lai tos izkliedētu apkārtējā vidē.

Rakstu veidošana: modeļu veidošanās spietu robotikā ir viņu kolektīvās uzvedības galvenā iezīme, šie modeļi var ļoti palīdzēt, kad jāatrisina problēma, kurā visa grupa darbojas kopā. Veidojot modeli, roboti izveido globālu formu, mainot atsevišķu robotu daļu, kur katram robotam ir tikai vietējā informācija.

Robotu bars veido struktūru ar iekšēju un ārēju noteiktu formu. Noteikumi, kas liek daļiņai / robotiem apvienoties vēlamajā formējumā, ir lokāli, bet rodas globāla forma, bez vispārējas informācijas par atsevišķu spieta locekli. Algoritms izmanto virtuālās atsperes starp kaimiņu daļiņām, ņemot vērā to, cik daudz kaimiņu viņiem ir.

Kolektīvā kustība: kāda ir komandas nozīme, ja viņi visi kopā nespēj atrisināt problēmu un tā ir labākā bara daļa? Kolektīvā kustība ir veids, kā ļaut koordinēt robotu grupu un likt tiem saliedēti pārvietoties kopā kā grupai. Tas ir pamata veids, kā paveikt dažus kolektīvus uzdevumus, un to var klasificēt divos veidos un ganāmpulkos.

Ir daudz kolektīvās kustības metožu, taču bažas rada tikai tās, kas ļauj mērogot ar pieaugošu robotu skaitu, kur katrs robots atpazīst sava kaimiņa relatīvo stāvokli un reaģē ar attiecīgiem spēkiem, kas varētu būt pievilcīgi vai atgrūžoši, veidojot struktūras kolektīvām kustībām.

Uzdevumu sadale : Uzdevumu piešķiršana ir problemātiska joma spietu robotikā, pamatojoties uz darba dalīšanu. Tomēr darba sadalē tiek izmantotas dažādas metodes, viena no tām ir tā, ka katrs robots novērotu citu robotu uzdevumus un uzturētu to pašu vēsturi, un vēlāk pēc tam var mainīt savu uzvedību, lai sevi pielāgotu uzdevumam, šī metode ir balstīta uz tenku saziņu, un, protams, tās priekšrocības ir labāka veiktspēja, taču tajā pašā laikā tai ir arī secinājums, ka ierobežotās izturības un pakešu zuduma dēļ komunikācijas laikā tā ir mazāk mērogojama. Citā metodē uzdevumus paziņo daži roboti, un noteikts skaits citu robotu tos apmeklē vienlaikus, tā ir vienkārša un reaktīva metode.

Avota meklēšana: Spieta robotika ir ļoti veiksmīga avota meklēšanas uzdevumā, it īpaši, ja meklēšanas avots ir sarežģīts, piemēram, skaņas vai smakas gadījumā. Banda robotizēto meklēšanu veic divos veidos: viens ir globāls, otrs ir lokāls, un atšķirība starp abiem ir saziņa. Viens ar globālo komunikāciju starp robotiem, kurā roboti spēj atrast maksimālo globālo avotu. Otrs ir ierobežots tikai ar vietējo saziņu starp robotiem, lai atrastu vietējos maksimumus.

Objektu transportēšana: skudrām ir kolektīvs objektu pārvadāšana, kur atsevišķa skudra gaida otru partneri sadarbībai, ja pārvadājamais objekts ir pārāk smags. Zem vieniem un tiem pašiem viegliem robotiem bars darbojas tāpat kā tur, kur katra robota priekšrocība ir sadarbība ar citiem robotiem objektu transportēšanai. S-roboti piedāvā lielisku platformu transporta problēmas risināšanai, kur viņi paši samontējas sadarboties, un viņu algoritms palielinās, ja pārvadājamais objekts ir smags.

Otra metode ir objektu kolektīva transportēšana, kur priekšmeti tiek savākti un uzglabāti vēlākai transportēšanai, šeit robotiem ir divi dažādi uzdevumi - priekšmetu savākšana un ievietošana ratiņos un kolektīvs pārvietojums ar ratiem, kas pārvadā šos objektus.

Kolektīvā kartēšana: kolektīvo kartēšanu izmanto lielu iekštelpu izpētei un kartēšanai, izmantojot lielu skaitu robotu.

Vienā metodē kartēšanu veic divu divu robotu grupa, kas apmainās ar informāciju, lai kartes sapludinātu. Otra metode ir loma, kurā robots var uzņemties jebkuru no divām kustīgajām lomām vai orientieriem, kurus viņi var apmainīt pret spieta kustību. Robotiem ir arī noteikts to atrašanās vietas novērtējums, tāpēc ir jānovērtē citu robotu atrašanās vieta, lai izveidotu kolektīvu karti.

Spieta robotikas pielietojums reālajā pasaulē

Lai gan plaši pētījumi par robotu robotiku ir sākušies aptuveni 2012. gadā, līdz šim tie nav parādījušies komerciālā reālās pasaules lietojumprogrammā, to izmanto medicīniskiem mērķiem, bet ne tik lielā apjomā un joprojām tiek pārbaudīti. Ir vairāki iemesli, kāpēc šī tehnoloģija neiznāk komerciāli.

Algoritma izveide indivīdam un globālam: kolektīva kolektīva uzvedība nāk no indivīda, kuram ir nepieciešams izstrādāt vienu robotu un tā uzvedību, un pašlaik nav metodes, kā pāriet no indivīda uz grupu.

Testēšana un ieviešana: plašas prasības laboratorijām un infrastruktūrai turpmākai attīstībai.

Analīze un modelēšana: Dažādi pamatuzdevumi, kas tiek veikti robotu robotikā, norāda, ka tie ir nelineāri, tāpēc matemātisko modeļu izveide viņu darbam ir diezgan grūta

Bez šiem izaicinājumiem vienkāršā dizaina dēļ indivīdam un spietam ir vēl citas drošības problēmas

i) robotu fiziska sagūstīšana.

(ii) indivīda identitāte barā, kas robotam jāzina, vai tas mijiedarbojas ar sava spieta robotu vai citu spietu.

(iii) komunikācijas uzbrukumi indivīdam un spietam.

Spieta robotikas galvenais mērķis ir aptvert plašu reģionu, kur roboti varētu izkliedēties un veikt savus attiecīgos uzdevumus. Tie ir noderīgi, lai noteiktu bīstamus notikumus, piemēram, noplūdes, mīnas utt., Un izplatītā un pārvietojamā sensoru tīkla galvenā priekšrocība ir tā, ka tas var sajust plašo teritoriju un pat rīkoties uz to.

Spieta robotikas pielietojums ir patiešām daudzsološs, taču joprojām ir nepieciešams to attīstīt gan algoritmiskajā, gan modelēšanas daļā.