marabunta

مارابونتا

مكتبة بايثون لتصميم ومراقبة الأسراب الاصطناعية.

ملخص

تتضمن هذه الحزمة أدوات إما للتحكم أو محاكاة أجزاء أجهزة محددة للروبوت القادر على (1) الحركة، (2) الاستشعار، و (3) التواصل بهدف إجراء بحث تجريبي في الاحتشاد الاصطناعي. ويتضمن أيضًا بعض نماذج سلوك الاحتشاد المبنية باستخدام هذه الأدوات. لمزيد من المعلومات راجع http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/frobt.2017.00012/

يتكون تصميم الروبوتات باستخدام هذه المكتبة من ثلاث قطع رئيسية:

1. الجسم الذي يستخدمه الروبوت للتحرك واستشعار البيئة.
2. الشبكة التي يستخدمها الروبوت للتواصل مع الروبوتات الأخرى.
3. السلوك أو البروتوكول الذي يتبعه الروبوت، أي ما يفعله بالمعلومات التي يتلقاها من الجسم والشبكة.

تتبع مكتبة marabunta هذا الهيكل وتوفر الفئات التالية:

• BaseBody : [marabunta/BaseRobot.py] نموذج مصغر Body مع الطرق المطلوبة لاستخدامه كجسم للروبوت. يجب أن ترث أي نماذج جسم من هذه الفئة حتى يتم قبولها بواسطة BaseRobot .
  • MockBody :[marabunta/MockBody.py] تنفيذ Body لمحاكاة جسم الروبوت. لا يتطلب أي أجهزة للاستخدام. يمكن تحميل ملف يحتوي على قائمة الإحداثيات لتضمين العوائق في المحاكاة.
  • eBotBody :[marabunta/eBotBody.py] تنفيذ Body للتحكم في eBot. يتطلب اتصال بلوتوث وeBot وتثبيت eBot-API المناسب.
• BaseNetwork : [marabunta/BaseRobot.py] نموذج مصغر Network مع الأساليب المطلوبة لاستخدامها كشبكة للروبوت. يجب أن ترث أي نماذج شبكية من هذه الفئة حتى يتم قبولها بواسطة BaseRobot.
  • MockNetwork : [marabunta/MockNetwork.py] تنفيذ Network لمحاكاة الاتصال باستخدام الملفات العادية (بافتراض وجود الروبوتات المختلفة في نفس الكمبيوتر، أو على الأقل يمكنها الوصول إلى نفس الملفات). لا يتطلب أي أجهزة للاستخدام.
  • XBeeNetwork : [marabunta/XBeeNetwork.py] تنفيذ Network باستخدام سلسلة 1 XBee. يتطلب XBee متصلاً عبر منفذ تسلسلي.
• BaseRobot: [marabunta/BaseRobot.py] يحتوي على الأدوات الأساسية لتشغيل الروبوت. يتطلب الأمر مثيلًا أساسيًا يرث من BaseBody ومثيل شبكة يرث من BaseNetwork .
  • HeadingConsensusRobot : [marabunta/models/HeadingConsensusRobot.py] تنفيذ الروبوت باتباع خوارزمية إجماع العناوين. يقوم بمحاذاة عنوانه مع متوسط ​​عنوان السرب، أي أنه يتبعه
  • PerimeterDefenseRobot : [marabunta/models/PerimenterDefenseRobot.py] تنفيذ روبوت يقوم بالدفاع عن المحيط. يتحرك بعيدًا قدر الإمكان عن الروبوتات الأخرى. إذا وفر الجسم طريقة لاكتشاف الضوء، فسيتوقف هذا السلوك عند اكتشاف ضوء شديد وبث إشارة الالتقاء إلى السرب.
  • MarchingRobot : [marabunta/models/MarchingRobot.py] تنفيذ روبوت يسير في التشكيل. يحاول بشكل متزامن الحفاظ على مسافة آمنة مع أقرب روبوت، والبقاء قريبًا بدرجة كافية من بقية السرب، والحفاظ على محاذاة رأسه مع عنوان السرب.
• Map2D : [marabunta/Map.py] كائن لتخزين بيانات الخريطة والوصول إليها لمحاكاة اكتشاف العوائق في MockBody . يتم تحميل العوائق من ملف وتخزينها في شبكة باستخدام "قوائم Verlet" للوصول السريع إلى بيانات العوائق المحلية.

تثبيت

لتثبيت الوحدة اكتب:

python setup.py install

(قد يتطلب sudo اعتمادًا على نظامك). سيؤدي هذا إلى تثبيت وحدة marabunta ووحدة marabunta.models الفرعية الخاصة بها.

اي بوت API

للتحكم في eBots من خلال eBotBody يحتاج المرء إلى تثبيت eBot-API. يمكن العثور على النسخة الرسمية على https://github.com/EdgeBotix/eBot-API. يمكن العثور على شوكة من واجهة برمجة التطبيقات هذه التي تستخدم وحدة المعالجة المركزية المضيفة لحساب توطين الروبوت من خلال تنفيذ مرشح كالمان بدلاً من الاعتماد على توطين eBot على https://github.com/david-mateo/eBot-API.

باستخدام هذه المكتبة

لتصميم سلوك الروبوت، يجب تحديد فئة جديدة ترث من BaseRobot . تتطلب تهيئة BaseRobot وجود جسم، يتم تنفيذه كفئة ترث من BaseBody ، وشبكة، وهي فئة ترث من BaseNetwork .

لإضافة دعم لأجهزة جديدة، يجب تنفيذ الفئات الموروثة من BaseBody أو BaseNetwork . تحتوي هذه الفئات على الحد الأدنى من قائمة الأساليب التي يجب على أي هيئة أو شبكة تنفيذها.

لاستخدام الأساليب المتوفرة لجعل الروبوت يتحرك متبعًا سلوكًا معينًا، على سبيل المثال توجيه الإجماع، يتعين على المرء تحديد الجسم والشبكة والروبوت وتشغيله واستدعاء طريقة update بشكل متكرر. رمز المثال الأدنى هو:

 from marabunta import eBotBody , XBeeNetwork
from marabunta . models import HeadingConsensusRobot

total_time = 60
ID = "Walle"
init_pos = [ 0. , 0. ]
init_heading = 0.
communication_slot = 0.1
body = ebotBody ( init_pos , init_heading )
network = XBeeNetwork ( communication_slot , communication_slot + 0.1 , 1 , ID )
robot = HeadingConsensusRobot ( body , network )
robot . turn_on ()

# MAIN LOOP
end_time = time () + total_time
while time () < end_time :
    robot . update ( dt , speed )
    sleep ( dt )

robot . turn_off ()

يحتوي أي روبوت يرث من BaseRobot على أساليب __enter__ و__ __exit__ التي تسمح باستخدام الروبوت مع العبارة with بدلاً من تشغيله وإيقاف تشغيله بشكل صريح. يوفر هذا الخيار طريقة أنظف لتشغيل الروبوت في مواجهة أعطال الأجهزة المحتملة. الحد الأدنى من التعليمات البرمجية التي تتبع هذا النهج هو:

 from marabunta import eBotBody , XBeeNetwork
from marabunta . models import HeadingConsensusRobot

total_time = 60
ID = "Walle"
init_pos = [ 0. , 0. ]
init_heading = 0.
communication_slot = 0.1
body = ebotBody ( init_pos , init_heading )
network = XBeeNetwork ( communication_slot , communication_slot + 0.1 , 1 , ID )

with HeadingConsensusRobot ( body , network ) as robot :
    # MAIN LOOP
    end_time = time () + total_time
    while time () < end_time :
        robot . update ( dt , speed )
        sleep ( dt )

يمكن العثور على عدة طرق لتشغيل الروبوتات في البرامج النصية الموجودة في examples/ .

مراجع

• تقنية تمكين السرب لأنظمة الروبوتات المتعددة. http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/frobt.2017.00012/