Удосконалений алгоритм побудови безколізійного маршруту для багатоагентних ройових роботизованих систем
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2024.98.5-12Ключові слова:
безколізійний маршрут, багатоагентні системи, роботизовані засоби, рой, безпілотні літальні апарати, матриця-сітка, функція притягування/відштовхування, алгоритмАнотація
Зазначено, що для підвищення ефективності виконання цільових завдань застосовуються групи (рої) роботизованих засобів, що називають багатоагентними системами. Такі системи рухаються у складному середовищі з перешкодами, що потребує алгоритмізації процесу побудови безколізійних маршрутів руху роботизованих засобів для безпечного пересування у просторі. Проведено аналіз існуючих алгоритмів планування маршрутів мобільних роботизованих засобів. Показано, що для розв’язання задачі пошуку оптимального безколізійного маршруту руху групи (рою) безпілотних літальних апаратів пропонується використовувати спільну матрицю-сітку (граф) простору з перешкодами. Удосконалено алгоритм побудови маршруту багатоагентної системи роботизованих засобів для забезпечення безколізійного пересування агентів у просторі, що виконують спільні завдання у складі груп (роїв). Удосконалення проведено за рахунок додавання евристичної функції оцінювання складності переміщення між комірками. Запропоновано побудову безколізійного маршруту здійснювати за допомогою модифікованого алгоритму з видозміненою функцією евристичного оцінювання переміщення між вершинами графа, елементом якого є кубічна комірка. Показано, що основними етапами алгоритму побудови безколізійного маршруту для роя безпілотних літальних апаратів є: визначення головного елементу (лідера), побудова спільної матриці-сітки (графа) та визначення наповненості кожної комірки (вершини) в залежності від маршруту та часу, формування функції притягування/відштовхування, що визначає критерій критичного зближення елементів групи. Запропонований алгоритм побудови безколізійного маршруту для ройових багатоагентних систем дає змогу утримувати елементи групи у кластері або в складі рою в цілому під час руху у просторі з перешкодами. Подальшими дослідженнями слід вважати удосконалення математичних методів на основі використання навчання агентів з підкріпленням та моделювання процесів побудови безколізійних маршрутів для багатоагентних систем.
Посилання
References
Shi H., Xie G. (2011). Collective Dynamics of Swarms with a New Attraction/Repulsion Function. Mathematical Problems in Engineering, Vol. 2011, Article ID 735248, 13 p. DOI: 10.1155/2011/735248.
Tariverdi A., Torresen J. (2023). Rafting Towards Consensus: Formation Control of Distributed Dynamical Systems. arXiv.org. DOI: 10.48550/arXiv.2308.10097.
Lawton J. R. T., Beard R. W., Young B. J. (2003). A decentralized approach to formation maneuvers. IEEE Trans. Robot. Autom., Vol. 19, Iss. 6, pp. 933–941. DOI: 10.1109/TRA.2003.819598.
Kojima, M., Nakano, H., Miyauchi, A. (2013). An Artificial Bee Colony algorithm for solving dynamic optimization problems. 2013 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC). DOI: 10.1109/cec.2013.6557856.
Yamanaka Y., Yoshida K. (2021). Simple gravitational particle swarm algorithm for multimodal optimization problems. PLoS ONE, Vol. 16(3): e0248470. DOI: 10.1371/journal.pone.0248470.
Duchon F., Babinec A., Kajan M., Beno P., Florek M., Fico T., Jurišica L. (2014). Path Planning with Modified A* Algorithm for a Mobile Robot. Procedia Eng., Vol. 96, pp. 59–69. DOI :10.1016/j.proeng.2014.12.098.
Arnaud Favier. (2022). Eventual Leader Elections in Dynamic Networks. Distributed, Parallel, and Cluster Computing [cs.DC]. HAL open science, Sorbonne Université, NNT:2022SORUS059, tel-03624018v2.
Sabziev E. (2021). A control algorithm for joint flight of a group of drones. Scientific Journal of Silesian University of Technology, Series Transport, Vol. 110, pp. 157–167. DOI:10.20858/sjsutst.2021.110.13.
Jadbabaie A., Lin J., Morse A. S. (2003). Coordination of groups of mobile autonomous agents using nearest neighbor rules. IEEE Trans. Autom. Control, Vol. 48, Iss. 6, pp. 998–1001. DOI: 10.1109/TAC.2003.812781.
Pan H., Zhou R., Zhang S. (2023). Research on Formation Control Method of UAV Group. IEEE International Conference on Control, Electronics and Computer Technology (ICCECT), pp. 157–162. DOI: 10.1109/ICCECT57938.2023.10141302.
Zakharin F. M., Ponomarenko S. A. (2017). Unmanned Aerial Vehicle Integrated Navigation Complex. Electronics and control systems, Vol. 3, Iss. 53, pp. 75–83. DOI:10.18372/1990-5548.53.12146.
Wang, H.; Yu, Y.; Yuan, Q. (2011). Application of Dijkstra algorithm in robot path-planning. In Proceedings of the 2011 2nd International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering, pp. 1067-1069. DOI: 10.1109/MACE.2011.5987118.
Karaman S., Walter M., Perez A., Frazzoli E., Teller S. (2011). Anytime motion planning using the RRT*. 2011 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1478–1483. DOI: 10.1109/ICRA.2011.5980479.
Frosi, M., Gobbi, V., Matteucci, M. (2023). OSM-SLAM: Aiding SLAM with OpenStreetMaps priors. Frontiers in Robotics and AI, Vol. 10. DOI:10.3389/frobt.2023.1064934.
Huang, L. (2021). Review on LiDAR-based SLAM Techniques. 2021 International Conference on Signal Processing and Machine Learning (CONF-SPML), pp. 163–168. DOI: 10.1109/CONF-SPML54095.2021.00040.
Engel, J., Stuckler, J., Cremers, D. (2015). Large-scale direct SLAM with stereo cameras. 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). DOI: 10.1109/IROS.2015.7353631.
Meyer-Delius, D., Beinhofer, M., Burgard, W. (2021). Occupancy Grid Models for Robot Mapping in Changing Environments. Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence, Vol. 26, Iss. 1, pp. 2024–2030. DOI: 10.1609/AAAI.V26I1.8377.
Rogers, A., Eshaghi, K., Nejat, G., Benhabib, B. (2023). Occupancy Grid Mapping via Resource-Constrained Robotic Swarms: A Collaborative Exploration Strategy. Robotics, Vol. 12, Iss. 3, 70. DOI:10.3390/robotics12030070.
Amanatides, J., Woo, A. (1987). A Fast Voxel Traversal Algorithm for Ray Tracing. Eurographics 1987-Technical Papers, pp. 3–10. DOI: 10.2312/egtp.19871000.
Cai, G., Chen, B. M., Lee, T. H. (2011). Coordinate Systems and Transformations. In: Unmanned Rotorcraft System, Springer, pp. 23–34. DOI: 10.1007/978-0-85729-635-1_2.
Ren H., Chen S., Yang L., Zhao Y. (2020). Optimal Path Planning and Speed Control Integration Strategy for UGVs in Static and Dynamic Environments. IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 69, Iss. 10, pp. 10619–10629. DOI: 10.1109/tvt.2020.3015582.
Ahmed A., Ouda A., Kemel A., Elhalwagy Y. Z. (2015). Design and Analysis of Quadcopter Classical Controller. International Conference on Aerospace Sciences & Aviation Technology, ASAT-16. DOI: 10.21608/asat.2015.23032.
Abualigah L., Izci D., Ekinci S., Zitar R. A. (2024). Optimizing Aircraft Pitch Control Systems: A Novel Approach Integrating Artificial Rabbits Optimizer with PID-F Controller. International Journal of Robotics and Control Systems, Vol. 4, No. 1, pp. 354–364. DOI: 10.31763/ijrcs.v4i1.1347.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Pavlo Marchenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
