RoboFob  Лаборатория "Робототехника"
 ФНБИК МФТИ, МИЭМ НИУ ВШЭ, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Главная Галерея Проекты Робоспорт Материалы О нас

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ЯЗЫКОВОЙ КОММУНИКАЦИИ НА ОСНОВЕ СЕМИОТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СОЦИАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ В ГРУППОВОЙ РОБОТОТЕХНИКЕ

Проект выполнен при поддержке РФФИ (проект № 15-01-07900).


Исполнители

  • Карпов Валерий Эдуардович, доцент, к.т.н., НИЦ "Курчатовский институт"
  • Павловский Владимир Евгеньевич, профессор, д.ф.-м.н., Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
  • Кулинич Александр Алексеевич, к.т.н., Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
  • Карпова Ирина Петровна, доцент, к.т.н., МИЭМ НИУ ВШЭ
  • Воробьев Виталий Владимирович, аспирант НИЦ "Курчатовский институт"
  • Овсянникова Елена Евгениевна, студентка МГТУ им. Баумана

Исследование посвящено вопросам языковой коммуникации в коллективах роботов для реализации моделей социального поведения. Основной задачей исследования является разработка знак-ориентированной архитектуры мобильных роботов, в которой механизмы восприятия символов и генерация фраз являются неотъемлемой частью системы управления. Кроме того, ставятся задачи определения структуры языка, условий возникновения и характеристик языкового общения в группах роботов, их связи с такими психическими аспектами индивидуальной организации роботов, как эмоции и темперамент.

Для апробации результатов исследований используется не только математическое и имитационное моделирование, но и проведение экспериментов с группой мобильных минироботов. Эксперименты посвящены решению комплекса задач из области социального поведения роботов, прежде всего - игровых коллективных задач с образованием коалиций, задач подражательного поведения, самоорганизации в гомогенных группах роботов, динамического планирования и распределения ролей в коллективе и проч. В основе механизмов реализации подобных моделей поведения лежит представление группы роботов, как множества семиотических, знаковых систем.

Результаты, полученные в 2016 году

Основными задачами этапа были создание системы планирования группового поведения роботов, программная реализация моделей и алгоритмов для задач организации коалиций в неантагонистических играх с распределением ролей, а также проведение экспериментов, оценка и интерпретация полученных результатов. В ходе исследования был разработан ряд моделей и методов, описывающих различные аспекты вопросов языковой коммуникации в группе роботов, основанной на семиотических моделях архитектур систем управления роботами. Особое внимание уделялось решению задачи распределения ролей и образованию коалиций, причем исследования велись по двум направлениям: разработке моделей и методов для групп агентов с BDI-архитектурой, а также для однородных групп реактивных агентов (роботов). Кроме того, были исследованы вопросы организации логического вывода в группах роботов, созданы некоторые модели, описывающие различные феномены социального поведения, в частности – подражательного. На реализацию механизма языкового общения большое влияние оказывает специфика коммуникационных каналов связи. В связи с этим были исследованы вопросы реализации псевдоаналоговой коммуникации в группе роботов. Помимо разработки моделей и методов языкового взаимодействия, были рассмотрены задачи организации специализированной системы имитационного моделирования, учитывающей специфику предметной области – большое количество агентов, наличие развитых средств взаимодействия и проч.

В итоге были получены следующие результаты:

  1. Разработаны модели и методы локального взаимодействия в группе роботов на основе аналоговых сигналов, имитирующих акустический канал связи.

  2. Создан программно-аппаратный комплекс, реализующий имитацию акустических сигналов. Основой имитатора являлась система инфракрасной связи, работающая на звуковых частотах передачи информации. Разработан алгоритм реализации коммуникации с использованием аналоговых сигналов на основе нечеткой логики.

  3. Разработаны модели и алгоритмы решения задач распределения ролей и образования коалиций в группе роботов на основе локального языкового взаимодействия. Алгоритмы реализованы в виде программ имитационного моделирования.

    Были предприняты попытки применения разработанных алгоритмов и моделей образования коалиций в группах роботов на примере игры в футбол. На рисунках представлены роботы серии YARP-2 и футбольный полигон с роботами YARP-1.

    Роботы серии YARP-2 Роботы серии YARP-1 на футбольном поле

  4. Создана модель подражательного поведения робота, основанная на наблюдении субъектом за поведением других членов группы. В основе модели – изменение поведенческой мотивации агента по результатам наблюдения.

  5. Создан алгоритм системы логического вывода в логике высказываний для распределенного робототехнического комплекса и разработано соответствующее программное обеспечение.

  6. Создан алгоритм планирования движения агента (робота) при решении задачи картографирования. В основе алгоритма лежит метод потенциальных полей.

    Алгоритм планирования был апробирован для решения задачи группового картографирования, выполненной в среде моделирования Gazebo, а также частично – на базе группы реальных роботов DrRobot. Локальная связь для роботов DrRobot эмулировалась программно. На рисунках представлены фрагмент модельного полигона и группировка мобильных минироботов.

    Виртуальная модель полигона для задачи картографирования Группировка мобильных минироботов

  7. Создан прототип системы имитационного моделирования поведения и взаимодействия агентов (роботов). Особенностями прототипа являются ориентация на средства моделирования языкового взаимодействия агентов (роботов), а также прозрачность интерфейса с точки зрения управления реальными техническими объектами – роботами.

Эти результаты являются основой для решения задачи создания механизмов социального поведения групп агентов (роботов), в том числе – планирования поведения в неантагонистических средах.


В 2015 г. получены следующие результаты:

  1. Создана архитектура знак-ориентированной системы управления роботом. Показано, что одним из условий, при которых возникает необходимость генерации сообщения, является эмоциональное состояние субъекта – робота.
  2. Разработан механизм псевдо-аналоговой локальной коммуникации между роботами. Созданы соответствующие протоколы, проведены серии экспериментов на реальных технических объектах.
  3. Создана модель коммуникаций агентов (роботов) на основе структуризации их среды функционирования в виде качественного концептуального каркаса. Определены возможность и необходимость коммуникации, согласования убеждений агентов, а также условия для совместной работы для достижения агентами их целей.
  4. Была показана принципиальная возможность организации элементов логического вывода на множестве агентов с локальной организацией связей.

Результаты исследования могут быть использованы при реализации систем децентрализованного управления в групповой робототехнике.


Некоторые публикации

  1. Karpov V. E. A Sign-Oriented Mobile Robot-Control System //Scientific and Technical Information Processing №43, 2016, с.1-8
  2. Pavlovskii V. E., Pavlovskii V. V. A Mathematical Model of a 2D Homogeneous Swarm of Robots //Scientific and Technical Information Processing, 2016, 43, с.26-34
  3. Воробьев В.В., Московский А.Д. Алгоритм выбора лидера в системах с меняющейся топологией //Пятнадцатая национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием (КИИ-2016), 2016
  4. Воробьев В.В. Алгоритм кластеризации коллектива роботов //Всероссийский научно-практический семинар «Беспилотные транспортные средства с элементами искусственного интеллекта» (БТС-ИИ-2016), 2016
  5. Жильцов Н.А., Корчагина А.А., Овсянникова Е.Е. Система технического зрения на основе результатов выделения первичных признаков фасеточного зрения //Интеллектуальные системы и технологии: современное состояние и перспективы - сборник научных трудов (ISYT-2017) Политехника-принт, 2017, с.76-85
  6. Карпов В.Э. Сенсорная модель подражательного поведения роботов. //Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем = Open Semantic Technologies for Intelligent Systems (OSTIS-2016): материалы VI междунар. науч.-техн. конф. (Минск, 18-20 февраля 2016 года)/редкол.: В.В.Голенков (отв. ред.) [и др.]., Минск: БГУИР, 2016, Выпуск 59, с.471-476 (doc)
  7. Карпова И.П. Псевдоаналоговая коммуникация в группе роботов //Мехатроника, автоматизация, управление №2, М: , 2016, 17, с.94-101
  8. Кулинич А.А. Модели стайного поведения роботов //Всероссийский научно-практический семинар «Беспилотные транспортные средства с элементами искусственного интеллекта» (БТС-ИИ-2016), Казань: , 2016, с.60-69
Поиск с Яндексом  
Лаборатория "Робототехника", ФНБИК МФТИ, МИЭМ НИУ ВШЭ, МГТУ им. Н.Э. Баумана
        e-mail: user@robofob.ru