Autonomous underwater robots’ cooperative behaviour

Abstract

Σκοπός της διατριβής είναι η ανάδειξη συνεργατικής συμπεριφοράς από μια ομάδα Αυτόνομων Υποβρύχιων Ρομποτικών Σκαφών. Για το λόγο αυτό σχεδιάστηκε, κατασκευάστηκε και εξελίχθηκε ένα πρωτότυπο ρομποτικό σκάφος χαμηλού κόστους. Επίσης, εγκαταστάθηκε εντός εργαστηριακού χώρου ο κατάλληλος εξοπλισμός για υποβρύχιο πειραματισμό. Η αξιοπλοΐα του πρωτότυπου σκάφους δοκιμάστηκε μεθοδικά με πειράματα που αφορούσαν τον έλεγχο της γωνίας παρέκκλισης του σκάφους και τη δυνατότητά του να ακολουθεί ένα κινούμενο φωτεινό στόχο. Ως αποτέλεσμα αυτού του πειραματισμού, αναπτύχθηκε η κατάλληλη αρχιτεκτονική λογισμικού- υλικού του ρομπότ, επί της οποίας υλοποιήθηκαν ο αντίστοιχος αναλογικός- διαφορικός ελεγκτής και ελεγκτής ασαφούς λογικής. Ο πειραματισμός απέδειξε, σε πρώτη φάση, την αποτελεσματικότητά των ελεγκτών και της σχεδίασης του ρομποτικού σκάφους. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας την ίδια αρχιτεκτονική λογικού υλικού του ρομπότ, εφαρμόστηκε έλεγχος αλληλοεξαρτώμενων συμπεριφορών. Σχεδιάστηκε ένα μοντέλο τριών ιεραρχημένων επιπέδων για την επίτευξη μιας ατομικής βιομιμητικής συμπεριφοράς, καθ' ομοίωση των βασικών συμπεριφορών που συναντώνται στα έμβια υποβρύχια όντα: περιπλάνηση, αναζήτηση τροφής, αποφυγή θηρευτών και αναζήτηση φωλιάς. Αυτό το μοντέλο ελέγχου, αφού απέδειξε κατά τη διάρκεια δοκιμών στο χώρο πειραματισμού την αποτελεσματικότητά και την αξιοπιστία του, αποτέλεσε τη βάση για το σχεδιασμό μιας βιομιμητικής συνεργατικής συμπεριφοράς για ομάδα υποβρύχιων ρομπότ. Τα μέλη της ομάδας διακρίνονται σε δύο ρόλους, του αρχηγού και των ακολούθων του και παρουσιάζουν, συνολικά, την υλοποίηση της θηρευτικής τεχνικής που έχει παρατηρηθεί στην οικογένεια των ρινοδέλφινων. Κάθε ρόλος υποστηρίζεται από το αντίστοιχο μοντέλο αλληλοεξαρτώμενων συμπεριφορών. Με τον τρόπο αυτό υλοποιήθηκε η περιπλάνηση του θηρευτή αρχηγού και η συνοδεία του από τους ακόλουθούς του, ο αλληλοεντοπισμός μεταξύ των μελών της ομάδας, η αναζήτηση θηραμάτων και η επίθεση σε αυτά. Οι δύο βιομιμητικοί ρόλοι υλοποιήθηκαν με τη βοήθεια λογισμικού προσομοίωσης. Οι προσομοιωμένες δοκιμές απέδειξαν την αποτελεσματική συνεργασία μεταξύ των μελών μιας ομάδας ρομπότ, πανομοιότυπων με το πρωτότυπο που κατασκευάστηκε.