Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко




Скачать 284.17 Kb.
НазваниеРоссийская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко
страница4/6
Дата конвертации06.03.2013
Размер284.17 Kb.
ТипЗадача
1   2   3   4   5   6

5. ИНФОРМАЦИОННО-ДВИГАТЕЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЁННОЙ МОБИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ



Информационно-двигательное поведение РМС при решении задачи имеет иерархию, представленную на рис 4.

Нижний уровень иерархии информационно-двигательного поведения РМС состовляют информационно-двигательные операции (ИДО). Выделено три типа ИДО: нейросетевой алгоритм движения МР, цель движения и событие окончания движения. Рассмотрим каждую ИДО подробнее.

5.1. ИНФОРМАЦИОННО-ДВИГАТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

5.1.1. Нейросетевой алгоритм управления движением мобильного робота


Система управления нижнего уровня МР должна быть построена таким образом, что бы обеспечить достаточно гладкое передвижение МР. В её основе лежит нейросетевой аппарат, использующий сведения, полученные от измерительной системы МР. Система управления состоит из: блока преобразования локальной карты местности, нейронной сети для определения возможных направлений движения МР и блок выделения точного направления движения МР [9-12].

В качестве входной информации блок преобразования использует сжатую карту местности, состоящую из 61 элемента (рис. 5), соответствующих либо одному лучу дальномера, либо нескольким лучам, попавшим в заданный сектор обзора (размер сектора принимается равным 3°).

Технология преобразования состоит в том, что если препятствие находится в зоне видимости дальномера, то, соответствующие элементы устанавливаются в единичное значение, в противном случае – в нулевое значение. В результате получается бинарный массив, который характеризует наличие в заданной области препятствий.

Структура блока преобразования представляет собой один слой пороговых нейронных элементов со следующей функцией активации:






где - порог видимости дальномера.

Для определения возможных направлений движения служит трёхслойная нейронная сеть с прямыми связями. На её вход подаётся бинарный массив, полученный блоком преобразования карты местности. Как видно из рисунка, входной слой имеет 61 нейронов, выполняющих распределительные свойства; скрытый слой содержит 10 нейрона с сигмоидной функцией активации и выходной слой состоит из 29 нейронов, также с сигмоидной функцией активации:






Задача нейронной сети состоит в том, чтобы «запомнить» ряд стандартных ситуаций и в процессе функционирования относить неизвестные ситуации к одной из стандартных. Команды управления роботом были следующими: поворот влево на ; поворот вправо на ; продвижение вперёд на ; продвижение назад на .

Для запоминания была сформирована обучающая выборка, состоящая из 29 ситуаций. Генерация обучающей выборки вытекает из логики работы данной сети. В таблице 1 приведены некоторые тренировочные наборы. Для обучения НС применялся алгоритм обратного распространения ошибки с нормой обучения 0.25 и коэффициентом инерции 0.4. После 10365 итераций суммарная ошибка составила 0.0083.

Таблица 2. Тренировочные наборы



Входной паттерн

Выход. паттерн

1

2

3

4

5

6

1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

1111111111111111000000000000000000000000000000000000000000000

0000000000000000000000000000000000000000000001111111111111111

1111111111111111000000000000000000000000000001111111111111111

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

1111111111111111000000000000000000000011111111111111100000000

0001

0110

1010

0010

1110

0110

Как видно из таблицы 2 возможных направлений движения для данной ситуации может быть несколько. Для определения одного направления предназначен блок выделения точного направления движения МР. Суть работы этого блока: определить, в соответствии с направлением на цель, точное направление движения МР.

Приведём пример работы сети. Пусть МР находится в среде, изображённой на рис. 5, также на рисунке изображён бинарный массив , соответствующий этой ситуации. При подачи его на вход НС на выходе получим массив состоящий соответственно из 29 элементов. Найдём номер максимального элемента (элемента победителя) - №6,т.е. данная ситуация «похожа» на известную ситуация №6 . В этой ситуации МР может двигаться прямо и направо. Так как целевая точка О находиться справа от робота, то в результате работы алгоритма будет произведён поворот направо на .

Эффективность алгоритма определялась как отношение пройденного роботом пути от начальной точки к целевой к минимальному пути между этими точками. Это отношение вычислялось для движения МР вдоль стены при различных начальных положениях МР (=20,40,60,80 - угол с горизонталью), для различной дискретности угловой скорости (=3,7,9,11,13) и для разных расстояний от стены. Расстояние между начальной и целевой точкой было 5 корпусов робота. Результаты моделирования приведены в следующих таблицах. Данные таблиц представлены на рис. 6 - 8.

=20 Таблица 3

=40 Таблица 4




1 корпус

2 корпуса

3 корпуса







1 корпус

2 корпуса

3 корпуса

3

1,00060

1,0006

1,00048




3

1,00015

1,0001

1,00015

7

1,00122

1,0072

1,00723




7

1,00125

1,0111

1,01111

9

1,00122

1,0006

1,0006




9

1,00326

1,0080

1,00807

11

1,0315

1,0180

1,0180




11

1,0155

1,0130

1,0130

13

1,01633

1,0175

1,0175




13

1,00012

1,0001

1,0001

=60 Таблица 5

=80 Таблица 6




1 корпус

2 корпуса

3 корпуса







1 корпус

2 корпуса

3 корпуса

3

1

1

1




3

1,00820

1,0174

1,00060

7

1,00180

1,0110

1,01109




7

1,00765

1,0023

1,01139

9

1,00219

1,0186

1,01863




9

1,00819

1,0183

1,01938

11

1,0048

1,0121

1,0121




11

1,0066

1,0073

1,0126

13

1,0028

1,0121

1,0181




13

1,0044

1,0081

1,0006

5.1.2. Выбор цели движения


Под целью движения понимается достижимая или не достижимая точка, выбираемая в видимой окрестности МР (-окрестность МР), для достижения того или иного информационно-двигательного действия (см. ниже).

В результате анализа было решено выделить две возможные цели движения: 1. недостижимая точка, выбираемая внутри препятствии; 2. видимый относительный локальный признак ориентира;

5.1.3. Выбор события окончания движения


Событиями окончания движения были выбраны: 1. истечение заданного промежутка времени; 2. прохождение заданного расстояния; 3. появление заданного ориентира; 4. подход к заданному ориентиру на заданное расстояние.

5.2. ИНФОРМАЦИОННО-ДВИГАТЕЛЬНЫЕ ДЕЙСТВИЯ


Как говорилось выше интерпретирующая навигация это форма двигательного поведения на основе выполнения определённых информационно-двигательных действий (ИДД). Набор ИДД должен обеспечивать выполнение функциональной задачи, в данном случае задачи информационного мониторинга подвижных объектов.

ИДД являются следующим уровнем иерархии информационно-двигательного поведения РМС. Каждое ИДД образуются с помощью указания для алгоритма движения МР цели движения и события его окончания. Было выделено два ИДД:

  • движение вдоль стены до наступления события;

  • движение к относительному локальному признаку ориентира до наступления события.

Возможные события перечисленны в пп. 5.1.3.

5.3. ИНФОРМАЦИОННО-ДВИГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ


Предпоследним уровнем иерархии являются информационно-двигательные процедуры (ИДП), которые строются из ИДД. Одной из важнейших (с точки зрения решения функциональной задачи) ИДП является процедура косвенной встречи. Также были выделены ещё три ИДП.

  1. Процедура захода в дверь;

  2. Процедура подхода к «лидеру»;

  3. Процедура подхода к цели на открытой границы видимой окрестности «лидера».

5.3.1. Процедура захода в дверь


Данная процедура выполняет ряд ИДД, обеспечивающих проход МР’а в видимую дверь, имеющую стандартные ширину - и толщину - . Для её выполнения МР должен видеть один из ориентиров двери: скачок от, скачок к или выпуклый угол).

  1. Если (= скачок от) или (= скачок к), то для прохода в дверь необходимо выполнить следующую последовательность ИДД (рис. 9 а):

    1. Подход к ориентиру на расстояние ;

    2. Обход ориентира по кругу;

    3. Движение вдоль стены на расстояние , где - наперёд заданная константа

  2. Если (=выпуклый угол), то для прохода в дверь необходимо выполнить следующую последовательность ИДД (рис. 9 б):

    1. Подход к ориентиру на расстояние ;

    2. Движение вдоль стены на расстояние ,

5.3.2. Процедура подхода к «лидеру»


Данная процедура предназначена для подхода роботов из резерва к «лидеру» - вызывающему роботу. Так как движение МР организуется с помощью ИДД, то, запоминая этот набор действий МР «запоминает» путь из исходного местоположения в текущее. Для того чтобы МР из резерва смог подойти к «лидеру», «лидеру» необходимо передать набор выполненных им ИДД..

5.3.3. Процедура подхода к цели на открытой границе «лидера»


Из того, что и два стоящих рядом МР образуют псевдоядро видимости, т.е. следует, что для подхода МР к цели открытой границе «лидера» достатчно передать МР’у путь от местоположения «лидера » к этой цели на языке интерпретирующей навигации.

5.3.4. Процедура косвенной встречи


Процедура косвенной встречи служит для удаления из открытой границы МР тех её участков, которые видимы другими роботами, находящимися в террайне. Так как в основе управляющей системы элемента РМС лежит алгоритм гибридной навигации, совмещающий свойства интерпретирующей навигации (ИН) и системы счисления пути, то координаты открытой границы, состоящей из выходных отрезков, можно определить в абсолютной системе координат. Благодаря этому появляется возможность определить, видят ли другие элементы РМС какую-либо часть открытой границы рассматриваемого МР.

Выполнение процедуры сводится к следующему. Пусть для МР, находящемуся в точке (рис. 10 а), запускается процедура косвенной встречи с МР, расположенным в точке . МР1 осматривает свою видимую окрестность, выделяет открытую границу – выходные отрезки и запоминает координаты их вершины - и в абсолютной системе координат. После этого производит осмотр второй МР – МР2. Целью осмотра является проверка условий: и , т.е. условий того, что т. () видны из т. . Если это условие выполняется, то осуществляется проверка того факта, что () виден из т. . Для этого каждый луч , находящийся между лучами и должен пересекать отрезок . Это будет выполняться в случае, когда координаты т. (- точка пересечения луча с отрезком ) в абсолютной системе координат будут удовлетворять следующему уравнению:

,

где - координаты т. в АСК, - координаты т. в АСК и - координаты т. в АСК (рис. 10 б). Если для каждой из т. это условие выполняется, то можно утверждать, что выходной отрезок наблюдается из т. и он удаляется из открытой границы т..

Следует отметить, что любой обнаруженной двери, кроме её координат в АСК, сопоставляется параметр, принимающий два значения: 1 если сквозь эту дверь уже проходил МР и 0, если нет. Пусть теперь МР наблюдает дверь. СУ МР проверяет значение параметра, соответствующее этой двери и если оно равно 1, то выбрасывает эту дверь из своей открытой границы, иначе оставляет.

Такая процедура выполняется для каждого выходного отрезка т. и каждой видимой из т. двери. Итогом работы процедуры служат отфильтрованные выходные отрезки, которые полностью наблюдаются только из т. и двери, через которые еще не проходили другие элементы РМС.

1   2   3   4   5   6

Похожие:

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconРоссийская Академия Наук Ордена Ленина Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша Э. Л. Аким, Д. А. Тучин
Апостериорная оценка точности определения вектора состояния земного наблюдателя по измерениям дальности и скорости системы космической...

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconОрдена Ленина Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша Российской академии наук Ю. Н. Брылев, Н. В. Поддерюгина, И. Ф. Подливаев
Расчет отражения электромагнитного излучения молнии от ионосферы в плоском приближении с учетом нелинейного разогрева

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconОрдена Ленина Институт прикладной математики имени М. В. Келдыша Российской академии наук
Летунов А. А., Галактионов В. А., Барладян Б. Х., Зуева Е. Ю, Вежневец В. П., Солдатов C. А измерительный комплекс на основе видеокамеры...

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconОрдена Ленина Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша удк 517. 958 М. П. Галанин, А. П. Лотоцкий, В. Ф. Левашов
Расчет электродинамического ускорения плоских пластин в лабораторном магнитокумулятивном генераторе

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconОрдена Ленина Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша М. П. Галанин, Е. Б. Савенков, Ю. М. Темис, И. А. Щеглов, Д. А. Яковлев
В качестве расчетного метода использован метод конечных суперэлементов Р. П. Федоренко. Приведены результаты численного решения для...

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconГ. Г. Малинецкий Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша ран наш институт ныне Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша ран (ипм) был создан в 1953 году для решения стратегических проблем, требовавш
М. В. Келдыша ран (ипм) – был создан в 1953 году для решения стратегических проблем, требовавших применения прикладной математики...

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconИ. Б. Щенков из истории развития и применения компьютерной алгебры в институте прикладной математики имени М. В. Келдыша
Г. Б. Ефимов, Е. Ю. Зуева, И. Б. Щенков. Из истории развития и применения компьютерной алгебры в Институте прикладной математики...

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconГ. И. Змиевская, А. Л. Бондарева Институт Прикладной Математики им. М. В. Келдыша, Москва, Россия
Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и утс, 14 – 18 февраля 2011 г

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconБаллистико-навигационное проектирование полётов к Луне, планетам и малым телам Солнечной системы
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте прикладной математики им. М. В. Келдыша ран

Российская Академия Наук ордена ленина институт прикладной математики им. М. В. Келдыша А. В. Ахтёров, А. А. Кирильченко iconО работах в ипм им. М. В. Келдыша ран по анализу динамики, разработке и реализации систем ориентации малогабаритных спутников
Труды Совещания “Управление движением малогабаритных спутников”. Под редакцией М. Ю. Овчинникова. Препринт Института прикладной математики...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница