Е.И. Юревич ГРУППОВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТОВ В
реклама
Известия ТРТУ Тематический выпуск УДК 007.52:[614:57.022]:621.039 Е.И. Юревич ЦНИИ РТК, г. Санкт-Петербург ГРУППОВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТОВ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЯХ. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ Экстремальные ситуации – наиболее сложная сфера применения робототехники. Особенно сложными являются нештатные, т.е. аварийные ситуации, поскольку в них в отличие от экстремальных штатных ситуаций (в космосе, под водой, в производственных технологических процессах) имеет место наряду с экстремальными внешними условиями априорная неизвестность не только этих условий, но и самих подлежащих выполнению операций. Это предопределяет специфические требования к роботам, а при их групповом применении и к организации таких групп и их управлению. Эти требования и вытекающие из них принципы проектирования подобных робототехнических комплексов можно обобщить в виде следующих двух положений. Первое положение относится к материальному обеспечению этих комплексов. В состав групп роботов, выполняющих общую задачу, должны входить два основных типа роботов – роботы-разведчики и технологические роботы, а также роботы, обслуживающие последних [1, 2]. Назначение роботов-разведчиков – обеспечение оперативной информации о внешней среде, а в ходе работы и о выполняющих ее роботах. В число роботовразведчиков помимо наземных мобильных роботов в общем случае должны входить и летающие. Технологические роботы предназначены для выполнения конкретных технологических операций, совокупность которых должна обеспечить решение общей задачи в целом. В число таких роботов в случае техногенных или природных чрезвычайных ситуаций должны входить также мобильные роботы-спасатели для поиска пострадавших людей, оказания им первой помощи и эвакуации. В случае конфликтных ситуаций могут потребоваться и боевые роботы (антитеррористы и т.п.). Выделенные выше обслуживающие роботы предназначены для обеспечения функционирования основных роботов при значительном удалении их от центра (энергопитание, ретрансляция, запасные функциональные компоненты и т.п.). Все роботы должны выполняться на базе типоразмерных рядов унифицированных модулей. Это обеспечит возможность компоновать роботы непосредственно на месте их предстоящей работы и менять комплектацию в ходе ее выполнения. Вместе с тем в состав группы могут входить и специальные роботы, а так же специальное технологическое оборудование. Наиболее простое решение при формировании группы роботов – это когда они могут иметь заранее определенную комплектацию. Это возможно в случаях достаточно типовых аварий, по ликвидации последствий которых уже на-коплен достаточный опыт. Промежуточное решение – это добавление к предыдущему варианту возможности дополнительного оперативного комплектования роботов сенсорными системами и рабочими органами для манипуляторов и шасси. Соответствующие компоновочные решения и типовые перечни таких комплектующих компонентов приведены в [1]. На рис.1, 2 и 3 показаны примеры первых модульных роботов, которые применялись при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, и специального робота с фиксированной компоновкой. 24 Робототехнические системы специального назначения Рис.1. Робот-разведчик РР2, которым впервые были обследованы помещения под и рядом со взорвавшимся энергоблоком № 4 ЧАЭС, где мощность излучения достигала 15000 рентген в час. Справа пульт управления Рис.2. Радиоуправляемый тяжелый робот ТР-Б1, использованный для очистки территории ЧАЭС от радиоактивного мусора Рис.3. Робот-антитеррорист 25 Известия ТРТУ Тематический выпуск Второе положение по построению рассматриваемых робототехнических комплексов относится к их информационному обеспечению. Оно должно включать центр (пункт) управления комплексом с двухсторонней в общем случае связью со всеми роботами комплекса и управляющие системы (устройства) самих роботов. Основные общесистемные функции центра управления комплексом – это определение состава роботов в группе, синтез программ их работы, управление реализацией последних и при необходимости их оперативная корректировка в ходе работы. Первая функция предполагает предварительное формирование модели внешней среды, т.е. района предстоящей работы, оценку ситуации и уточнение задания на предстоящую работу и условий ее выполнения. Для этого в дополнение к предварительно полученной соответствующей информации необходимо ее уточнение с помощью роботов-разведчиков. Это первый этап работы комплекса. Второй этап – определение состава группы роботов и их комплектации. Следующий, третий этап заключается в синтезе программ управления работой комплекса, а четвертый – в их реализации, т.е. обеспечение запланированного объема работ. Все эти этапы должны выполняться с помощью компьютерной программы с визуализацией процесса функционирования роботов. В перспективе это должна быть 3D-виртуальная картина всей рабочей зоны. Последний завершающий, пятый этап заключается в документировании результатов работы и подготовке комплекса к эвакуации. Система управления группой роботов должна позволять осуществление централизованного и децентрализованного способов управления роботами. В каждом конкретном случае синтезируется оптимальная комбинация этих основных способов группового управления, включая варианты иерархического управления с разбиением всей группы роботов на подгруппы, выделение в них ведущих и вплоть до стайного способа управления с отсутствием всяких связей с центром и между роботами. Во всех случаях должна быть обеспечена возможность оперативного подключения к управлению роботами человека-оператора из центра в режимах от интерактивного управления до управления с помощью джойстиков. В настоящее время для полномасштабной реализации подобных комплексов для конкретных областей применения в ЦНИИ РТК отработано необходимое техническое обеспечение, включая базовые образцы роботов. В стадии исследования находится создание системы управления нового поколения на базе однородной нейронной сети, реализующей все информационные и управляющие функции роботов. Каждая функция реализуется как программный модуль с возможностью оперативного изменения занимаемого в сети участка в соответствии с текущим объемом подлежащей обработке информации. Такая структура подобна мультиагентной системе в компьютерной сети и может рассматриваться как шаг к созданию аналога человеческого мозга (рис.4). Помимо принципиально новых информационных возможностей такая нейронная сеть позволяет кардинально повысить надежность системы управления. Объединение этих структур всех роботов, входящих в группу, в единую групповую многофункциональную нейронную сеть еще более увеличивает эти достоинства, создавая общее информационное поле комплекса, управляемое центральным диспетчером. 26 Робототехнические системы специального назначения Рис.4. Функциональная схема перспективной системы управления робота на нейросетевом базисе Сегодня такой коллективный мозг ограничен возможностями существующих методов искусственного интеллекта, т.е. аналогами вербального логического мышления человека. Для того чтобы выйти на уровень возможностей специалистовпрофессионалов, включая интуицию и творческие способности в целом, что особенно важно в экстремальных ситуациях, необходимо после освоения методов искусственного интеллекта сделать следующий шаг в создании аналога человеческого мышления. Он заключается в техническом освоении образного мышления человека, составляющего основу его творческих способностей (креативности). Решение этой стратегической задачи позволит не только вывести рассматриваемые робототехнические комплексы при их автономном функционировании на уровень групп специалистов-профессионалов, но и явится качественно новым этапом развития науки и техники управления в целом. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Юревич Е.И. Роботы ЦНИИ РТК на Чернобыльской АЭС и развитие экстремальной 2. Лопота В.А., Юдин В.И., Юревич Е.И. Тенденции и принципы развития экстремальной робототехники. − СПб: Изд-во СПбГПУ, 2004. робототехники // Тр. Международной конференции “Адап-тивные и интеллектуальные роботы”. М., 2005. УДК 004.896-022.532 Е.И. Юревич, Е.И. Игнатова ЦНИИ РТК, г. Санкт-Петербург К РАЗВИТИЮ БИОНИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ В РОБОТОТЕХНИКЕ В [1] был проведен анализ причин и содержания непрерывно возрастающей роли бионики в развитии робототехники. В частности, были рассмотрены перспективы применения методов искусственного интеллекта и актуальность исследова27
