Agentowy system wielomodelowy do zarządzania grupą robotów mobilnych

Metody wykorzystania robotów mobilnych oraz grup współpracujących robotów mobilnych są jednymi z najbardziej obiecujących wyzwań stojących przed współczesnymi naukami technicznymi.

Mimo znaczących postępów w dziedzinie konstruowania robotów mobilnych, ich praktyczne zastosowania ciągle są bardzo ograniczone. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest z pewnością brak odpowiednich metod projektowania złożonych systemów zarządzających grupami heterogenicznych robotów mobilnych. Istniejące podejścia do projektowania tego typu systemów charakteryzują się znaczącymi niedoskonałościami. Nacisk kładziony na autonomię pojedynczego robota mobilnego pociąga za sobą utożsamianie proaktywnego elementu oprogramowania sterującego (zwanego zazwyczaj agentem) z obiektem robota. Efektem takiego podejścia są znaczące problemy ze skalowalnością i rozszerzalnością systemów wielorobotowych, bardzo wysokie wymagania dotyczące wydajności jednostek obliczeniowych, w które wyposażone są roboty, skomplikowane protokoły komunikacyjne wymagające wydajnych urządzeń oraz brak możliwości wielokrotnego wykorzystania oprogramowania sterującego.Praca ma na celu wykazanie, że metodologia tworzenia systemów agentowych do zarządzania grupami robotów mobilnych, oparta na oddzieleniu abstrakcji agenta od obiektu robota oraz wykorzystaniu wielu modeli środowiska, pozwala na zaprojektowanie systemu zapewniającego skalowalność, rozszerzalność, odporność na awarie oraz możliwość wielokrotnego wykorzystania fragmentów oprogramowania sterującego.

Rozdzielenie abstrakcji agenta programowego od obiektu robota pozwala na zdefiniowanie przestrzeni działania agentów, która jest logicznie niezależna od wykorzystywanych przez system robotów. Przestrzeń wirtualna, w której istnieją i działają agenty, jest tworzona przez platformę agentową, łączącą wiele fizycznych komputerów w jedną maszynę wirtualną. Podejście takie pozwala na uzyskanie pożądanych cech pozafunkcjonalnych. Umożliwia dodawanie niezbędnej agentom mocy obliczeniowej, pozwala na wykorzystanie mechanizmów komunikacji platformy agentowej do przekazywania wiadomości pomiędzy wszystkimi komponentami systemu. Platforma agentowa pozwala także na dołączanie nowych komponentów bez konieczności zatrzymywania działania istniejących.Wiele istniejących rozwiązań problemów, związanych z wykorzystaniem robotów, charakteryzuje się wysoką, nieliniową złożonością obliczeniową. Powoduje to trudności ze skalowalnościa rozwiązań i ogranicza maksymalną wielkość systemów. Dotyczy to szczególnie przetwarzania modeli środowiska działania robotów oraz metod zarządzania działaniem licznych grup robotów we wspólnym środowisku. Rozwiązaniem problemu skalowalności tego typu zagadnień może być zaproponowana w pracy metoda wielomodelowa. Polega ona na definiowaniu wielu modeli tego samego aspektu systemu na różnych poziomach abstrakcji. Różne agenty wykorzystują różne modele i są w stanie rozwiązywać problemy na różnym poziomie szczegółowości. Dzięki połączeniu agentów w odpowiednią hierarchię uzyskać można dokładne rozwiązanie każdego z problemów, które jest wyznaczane przez kilka współpracujących agentów.

Zaproponowana koncepcja projektowania i implementowania systemów informatycznych zarządzających działaniem grup robotów została wykorzystana do stworzenia projektu systemu wykonującego przy pomocy robotów abstrakcyjne zadania. Analiza własności zaprojektowanego systemu pozwala sądzić, że charakteryzuje się on wszystkimi pożądanymi własnościami pozafunkcjonalnymi. W celu eksperymentalnego wykazania postawionej tezy, zrealizowany został prototypowy system zarządzający ruchem robotów. Umożliwia on bezpieczne i wydajne przemieszczanie wielu robotów w rozległym środowisku. Stosuje hierarchiczny, grafowy model środowiska do planowania optymalnych tras oraz algorytm koordynacji do zarządzania ruchem robotów w wybranych fragmentach. Wyniki przeprowadzonych badań systemu pozwalają stwierdzić, że postawiona w pracy teza jest prawdziwa.