С
труктура программного обеспечения
Исходно система роботов представляет собой набор, состоящий из роботов, аксессуаров (радиомодулей), камеры, сервера и программного обеспечения сервера.
Программное обеспечение реализовано как целое приложение, содержащее в себе компоненту зрения, системной интеграции и интерфейс пользователя. Для этого приложения компонента коллективной игры является внешним подключаемым модулем. Такое построение позволяет разделить разработку двух основных компонент и оптимизировать процесс отладки коллективной игры, не проводя многократно начальной настройки параметров программного обеспечения, относящихся к другим частям.
Цель такого приложения – обеспечить базу для написания игровых алгоритмов и алгоритмов коллективного поведения применительно к роботам; так чтобы требования к знаниям в технике и других областях (прежде всего обработка изображений, управление и навигация в механических системах) для автора этих алгоритмов были как можно меньше. Эти требования были вызваны трудностью привыкания людей (прежде всего это относится к студентам), специализирующихся в теории игр и искусственном интеллекте применительно к играм, к реалиям мира робототехники.
На Error: Reference source not found представлена общая схема программного обеспечения и отношения его с внешними участниками. Такими участниками могут быть: Настройщик, Камера, Робот (в системе может быть до 11 штук). Компонентами программного обеспечения являются: Компонента зрения, Интерфейс пользователя, Блок отображения информации, Компонента Системной Интеграции. В последней мы выделим две важные подкомпоненты: Командно-информационный интерфейс и Протокол Радио, обеспечивающие обмен информацией с компонентой командной игры и роботами системы.
Для внешнего участника Камера необходимо обрабатывать потоки информации (изображения), поступающие с камеры, преобразовывать их в картину поля1, выводить результаты и различную отладочную информацию модуля зрения в графическом виде (накладывая ее на изображение) для того, чтобы Настройщик мог увидеть эту информацию.
Участник Робот непосредственно общается с группой Протокол радио, которая является подгруппой группы Системная интеграция, однако с действиями по отношению к роботам связана большая часть активности группы.
Актер Настройщик должен обладать информацией о работе системы и иметь возможность влиять на ее работу. Поэтому его непосредственное участие происходит в группах Интерфейс и Отображение информации.
Две компоненты: командного алгоритма и автоматической расстановки получают информацию и передают команды, используя методы компоненты Командно-информационный интерфейс, входящей в состав компоненты Системная интеграция.
Эти две компоненты формируют команды движений для роботов и работают либо одна, либо другая, по желанию пользователя. (Согласно правилам, автоматическая расстановка происходит во время, когда игра остановлена по решению судьи матча)
Схема также отражает, какие компоненты непосредственно обмениваются результатами работы для выполнения своих целей.
Системная интеграция
Остановимся на работе группы системная интеграция. В общих словах ее целью является связывание результатов компоненты зрения с командами управления для выработки сообщений - команд роботам. А также посылка этих сообщений согласно определенному протоколу по радио.
Фактически, внутри компоненты системной интеграции существует виртуальное представление всей команды роботов, отражающее как параметры положения роботов, так и состояния роботов. Команды задаются в терминах движений. Такие движения могут отрабатываться как роботом самостоятельно, так и при сочетании управления внутри робота с навигацией по камере (к первому классу относятся простые команды поворота и отработки скоростей колес, ко второму все остальные). Как будет описано ниже, одной из наиболее универсальных команд в командном интерфейсе является «Проехать в точку поля с заданным конечным направлением». В этой работе мы не будем вдаваться в проблемы навигации и управления, которые решаются для достижения этой цели. Однако это требует хранения некоего набора информации для каждого робота, включая информацию о заданном движении и об успехе выполнения этого движения, последняя может быть прочитана внешним алгоритмом в любой момент. Внутреннее состояние представления робота может меняться по приходу новой картины поля либо по приходу сообщения от робота.
Синхронизация именований роботов
Опишем еще одну важную функцию по интегрированию действий системы. Компонента зрения при построении картины поля использует некую нумерацию образов роботов. Она базируется на начальном расположении роботов на поле. В начальный момент (т.е. в момент окончания настройки и перехода в режим игры) записываются данные об образах роботов (прежде всего цвета) и количество роботов. Эта записанная информация используется для создания шаблона картины поля. Для всех последующих моментов обработки результат записывается в картину по этому шаблону. Т.е. координаты роботов команды записываются в том порядке, в котором роботы были в начальный момент. Эту нумерацию мы назовем нумерацией образов роботов. Она будет использоваться и при создании представления роботов в системном интеграторе и в командно-информационном интерфейсе.
Существует другая нумерация, основанная на именах (номерах) роботов прописанных внутри самих роботов (для избегания путаницы номера записываются на роботах, чтобы человек понимал, с каким роботом он имеет дело). Также существует третья нумерация –нумерация радиомодулей-клиентов, располагаемых на роботах, она проводится по порядку первичных запросов, посланных главному модулю (радиомодулю, подключенному к компьютеру). Появление последней нумерации связано со спецификой построения сети радиомодулей. На программное обеспечение ложится задача по синхронизации всех трех нумераций.
Первой проводится синхронизация второй и третьей нумераций. В момент включения радиомодуля - клиента он начинает посылать запросы определенного формата, означающие, что он включен и не подключен к серверному модулю. Серверный модуль, если он включен, и компонента протокола радио инициализировала его, принимает этот запрос, выдает клиенту адрес радиоканала, дает свой адрес и возвращает адрес клиента программе. Программа посылает стандартный запрос, на который отвечают все роботы, по этому адресу и получает обратно сообщение, в котором указан номер робота с радио, инициировавшим выдачу адресов. Аналогичным образом этот процесс происходит для всех остальных роботов. Таблица соответствия хранится в компоненте протокол радио, вне нее известны только номера роботов, но не адреса. Компонента сама при посылках сообщений добавляет адрес радио.
Соответствие нумераций 1-2 задается вручную, т.к. это не вызывает трудностей у человека и крайне удобно, потому что в тестах часто принимают участие не все роботы и часто с разным соответствием цвета верха робота и номера робота.
Начальное позиционирование роботов
Согласно правилам игры перед началом игры и после назначения штрафов роботы должны самостоятельно перестраиваться так, чтобы занять начальные положения: базовое, в случае свободного мяча, в случае пенальти. Конечно, допускается небольшая корректировка роботов в конечном положении, но рекомендуется, чтобы роботы достигали этого положения самостоятельно.
Для удобного задания таких начальных положений в программном обеспечении был реализован менеджер начальных позиций, позволяющий работать с множеством запомненных начальных положений. Для каждого начального положения возможен просмотр и изменение конечных положений и направлений роботов. При этом положения и направления графически отображаются, путем добавление информации в изображения до его отображения на экране.
По команде пользователя начинается автоматическое позиционирование, в текущей реализации роботам задается конечная точка в желаемом месте и далее робот по прямой траектории движется в направлении заданной точки. Такое планирование воспринимается компонентой системной интеграции через командно-информационный интерфейс, подобно планированию игры.
|
