شبيه سازي و پياده سازي وظايف دوري از موانع و همگام سازي با استفاده از تئوري كنترل سوپروايزري احتمالي و زمان دار در رباتيك جمعي

Simulation and Implementation of Obstacle Avoidance and Synchronization Tasks using Probabilistic and Timed Supervisory Control Theory in Swarm Robotics

به دليل دشواري پياده سازي صوري سيستم هاي مبتني بر رباتيك جمعي، نرم افزارهاي كنترلي اين سيستم ها اغلب با آزمون و خطا و به صورت تك منظوره طراحي مي شوند. بنابراين، طراحي صورت گرفته به سادگي قابليت استفاده مجدد براي ساير مسائل را ندارد. از طرفي، آزمون، آناليز و تصديق وجود ويژگي هاي مورد نياز در مسئله به دشواري صورت مي گيرد. علاوه براين، به دليل توليد دستي كد، نمي توان تطبيق طراحي اوليه و كد پياده سازي شده را تضمين كرد. براي غلبه بر اين چالش ها، استفاده از تئوري كنترل سوپروايزري پيشنهاد مي شود. در اين مقاله، تئوري كنترل سوپروايزري احتمالي و زمان دار ptSCT بر روي سكوي نوظهور آرگوس (ARGoS) و در بستر رباتيك جمعي پياده سازي شده است. روش پيشنهادي، پس از محاسبه سوپروايزر احتمالي و زمان دار، كد كنترلي موردنياز را به صورت خودكار توليد مي كند؛ اين كد بدون هيچ تغييري قابل استفاده براي شبيه سازي و يا اجراي بر روي ربات هاي واقعي است. براي نمايش قابليت هاي روش پيشنهادي، دو وظيفه پركاربرد دوري از موانع (Obstacle Avoidance) و همگام سازي (Synchronization) با تكيه بر طراحي احتمالي و زمان دار، پياده سازي و شبيه سازي شده اند سپس مزاياي طراحي با ptSCT نسبت به SCT مورد اشاره قرار گرفته است. نتايج آزمايش هاي صورت گرفته نشان از عملكرد بسيار مناسب روش پيشنهادي از نظر سادگي و صحت طراحي، قابليت استفاده مجدد و توليد خودكار كد دارد.

Due to difficulties in formal implementation of swarm robotic systems, controlling software of such systems is developed in an ad-hoc manner and with trial and error. So, it is hard to reuse these systems for other similar problems. Moreover, testing, analyzing and verifying the correctness of the controller are difficult too. There is no guarantee that the implementation matches the specifications. To address these problems, supervisory control theory as a formal approach is suggested. In this paper, probabilistic and timed supervisory control theory (ptSCT) is implemented on ARGoS platform in swarm robotic. The proposed approach automatically calculates ptSCT, and then generates the equivalent controlling software codes. The generated controlling software can be used for both simulation and running on real robots without any changes. For comparison purposes, two tasks namely obstacle avoidance and synchronization of robots are designed using both SCT and proposed ptSCT. The approach is successfully validated in both tasks using up to 64 E-Puck robots. The experimental results show the advantages of the ptSCT, in terms of simplicity, reusability, and automatic code generation.