Architektura układu sterującego robotem mobilnym w systemie SOMRS

pol Artykuł w języku polskim DOI: 10.14313/PAR_204/118

wyślij Grzegorz Terlikowski*, Waldemar Bartyna** * Instytut Informatyki, Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny, Siedlce ** Instytut Podstaw Informatyki, Polska Akademia Nauk, Warszawa

Pobierz Artykuł

Streszczenie

Zaproponowano nowe podejście (architekturę) do budowy układu sterowania pojedynczym robotem mobilnym. Bazuje ono na paradygmacie SOA, w którym robot widziany jest jako zbiór świadczonych przez siebie usług. W informatyce paradygmat SOA jest uznanym i często stosowanym podejściem do projektowania rozproszonych systemów. W robotyce takim systemem jest niewątpliwie system wielorobotowy. Próba przeniesienia paradygmatu SOA w obszar robotyki ma na celu wykazanie przydatności tego podejścia w robotyce mobilnej. Zaproponowana architektura układu sterującego robotem mobilnym składa się z czterech warstw programowych. Najniższa warstwa, tj. warstwa kontroli urządzeń i agregacji danych, odpowiedzialna jest za kontrolę urządzeń (sensorów, manipulatorów itp.), w które wyposażony jest robot oraz za agregację, przetwarzanie i fuzję pozyskanych z nich danych. Funkcje kolejnej warstwy nawigacji, zwykle implementowane są przez system nawigacyjny robota, który umożliwia m.in. sprawne wyznaczanie i pokonywanie tras. Kontrolery wykonania usług rezydują w warstwie logiki wykonania usług i są odpowiedzialne za realizację poszczególnych usług świadczonych przez robota. W najwyższej warstwie, tj. warstwie zarządzania usługami, znajduje się Menadżer Usług, odpowiedzialny za komunikację systemu robota z pozostałymi komponentami systemu SOMRS oraz za zarządzanie wykonaniem usług na robocie. Na podstawie opracowanej architektury powstał prototyp systemu robota, który został zainstalowany na dwóch robotach typu Pioneer P3-DX. Eksperymenty z udziałem tych robotów pozwoliły na weryfikację przydatności opracowanej architektury w praktycznych zastosowaniach.

Słowa kluczowe

architektura, mapa obiektowa, SLAM, SOA, układ sterujący, usługa, znacznik

Architecture of a control system for mobile robots in Service Oriented MultiRobot System

Abstract

A new architecture of a control system of a mobile robot is proposed. It is based on the SOA paradigm (Service Oriented Architecture), in which the robot is seen as a set of services it provides. In Computer Science, the SOA paradigm is a valid and often used approach when designing distributed systems. A multirobot system is an example of such a system. The proposed architecture of a mobile robot control system consists of four software layers. The lowest layer, the device control and data aggregation layer, is responsible for the control of devices (sensors, effectors, etc.), with which the robot is equipped, and for aggregation, processing and fusion of data gathered by these devices. Functions of the next layer, the navigation layer, are usually implemented by a robot navigation system which enables efficient determination of routes and robot movement. Service execution controllers reside in the service execution logic layer and are responsible for the realization of various services provided by the robot. The top layer, the service management layer, consists of Services Manager which is responsible for the communication between the robot control system and the other components of the SOMRS system as well as for the management of service realization. A prototype robot system was developed based on the proposed architecture. It was installed on two Pioneer P3–DX mobile robots. Experiments involving these robots allowed us to verify the usefulness of the developed architecture in practical applications.

Keywords

architecture, marker, object map, robot control system, service, SOA

Bibliografia

  1. Ambroszkiewicz S., Bartyna W., Terlikowski G., Faderewski M., Service Oriented MultiRobot System, Proc. The 3rd Israeli Conference on Robotics, 10–11 November, 2010, Herzlia, Israel.
  2. Applegate D.L., Bixby R.E., Chvtal V., Cook W.J., The Traveling Salesman Problem: A Computational Study, Princeton University Press, 2009.
  3. Arkin R.C., Towards the Unification of Navigational Planning and Reactive Control, AAAI Spring Symposium on Robot Navigation Working Notes, 1989, 1–5.
  4. Bailey T., Nieto J., Nebot E., Consistency of the EKFSLAM algorithm, Proc. IEEE/RSJ Conf. on Intelligent Robots and Systems, Beijing, 2006, 3562–3567.
  5. Bartyna W., Protokoły realizujące współdziałanie inteligentnych kognitywnych urządzeń w otwartych i heterogenicznych systemach opartych na SOA [w:] Inteligencja wokół nas: „Współdziałanie w systemach agentów softwareowych, mobilnych robotów oraz inteligentnych urządzeń”, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2010, 87–132.
  6. de Deugd S., Carroll R., Kelly K., Millett B., Ricker J., SODA: Service Oriented Device Architecture, IEEE Pervasive Computing, vol. 5, no. 3, 94–96, July-Sept. 2006, doi :10.1109/MPRV.2006.59.
  7. Faderewski M., Reprezentacja środowiska robota [w:] Inteligencja wokół nas: „Współdziałanie w systemach agentów softwareowych, mobilnych robotów oraz inteligentnych urządzeń”, 13–43, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2010.
  8. Jarvis R.A., Distance Transform Based Collision-Free Path Planning for Robot, Advanced Mobile Robots, World Scientific Publishing, 3-31, 1994.
  9. Moritz G., Zeeb E., Pruter S., Golatowski F., Timmermann D., Stoll R., Devices Profile for Web Services and the REST, 584–591, 13–16 July 2010 Osaka.
  10. Payton D., An Architecture for Reflexive Autonomous Vehicle Control, Proceedings of the International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 1986. AAAI Spring Symposium on Robot Navigation Working Notes, 1–5.
  11. Volkov S.N., Kaul B.V., Shelefontuk D.I., Optimal Method of Linear Regression in Laser Remote Sensing Appl. Opt. 41, 2002, 5078–5083.