Μεθοδολογία ανάπτυξης αντικειμενοστραφούς λογσιμικού για ρομποτικά συστήματα με ανατροφοφότηση από αισθητήρες
Authors: Κοσμόπουλος Δημήτριος 
Published: August 2021

Παρουσιάζεται μια νέα μεθοδολογία για την ανάπτυξη λογισμικού, που επιτρέπει την ενσωμάτωση εξωτερικών αισθητήρων σε ανοικτά ρομποτικά συστήματα με στόχο τον έλεγχο στο επίπεδο τελικού στοιχείου δράσης. Η μεθοδολογία ορίζει μια διαδικασία, που οδηγεί στη δημιουργία μιας βιβλιοθήκης από τμηματικά και επαναχρησιμοποιήσιμα αντικείμενα, τα οποία προορίζονται για σύνθεση εφαρμογών. Με την υλοποίηση νέων επαναχρησιμοποιήσιμων αντικειμένων για τις ανάγκες νέων εφαρμογών εμπλουτίζεται η βιβλιοθήκη. Η διαδικασία ανάπτυξης ακολουθεί το μοντέλο απαιτήσεων-ανάλυσης- σχεδίασης-υλοποίησης-ελέγχου με επαναληπτικό τρόπο. Η μεθοδολογία, που έχει ως άξονα μια ανοικτή αρχιτεκτονική, παρέχει τη δυνατότητα εύκολης και ταχείας ανάπτυξης. Η τμηματικότητα και η επαναχρησιμοποίηση, που επιτυγχάνονται μέσω της ακολουθούμενης αντικειμενοστραφούς προσέγγισης, δίνουν τη δυνατότητα παραγωγής υψηλής ποιότητας λογισμικό στο επίπεδο των αντικειμένων ελέγχου. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική περιλαμβάνει τα υποσυστήματα Διαχειριστή Αισθητήρων (SM), Υπολογιστή Σφάλματος Κατάστασης (SEC), Διεπικοινωνίας Αισθητήρων - Στοιχείων Δράσης (SAI) και Διαχειριστή Στοιχείων Δράσης (AM). Ο Διαχειριστής Στοιχείων Δράσης δίνει τη δυνατότητα καθορισμού της επόμενης κατάστασης εμποδίζοντας υπό κατάλληλες προϋποθέσεις την ταλάντωση του τελικού στοιχείου δράσης. Η σύζευξή του με τα υποσυστήματα που λειτουργούν με βάση την περίοδο δειγματοληψίας του αισθητήρα γίνεται μέσω του υποσυστήματος Διεπικοινωνίας Αισθητήρων - Στοιχείων Δράσης. Το υποσύστημα Διαχειριστή Αισθητήρων δίνει τη δυνατότητα ολοκλήρωσης των πιο δημοφιλών αισθητήρων, (προσέγγισης, δύναμης-ροπής, κάμερες, αισθητήρες αφής και απόστασης). Το υποσύστημα Υπολογιστή Σφάλματος Κατάστασης έχει τη δυνατότητα με βάση τα αναγνωρισθέντα πρότυπα που λαμβάνει από το Διαχειριστή Αισθητήρων να υπολογίζει το σφάλμα κατάστασης στο επίπεδο του τελικού στοιχείου δράσης. Η μεθοδολογία προσκομίζει σημαντικά οφέλη σχετικά με την υλοποίηση ρομποτικών εφαρμογών που κάνουν χρήση εξωτερικών αισθητήρων. Επιτυγχάνει την αποσύζευξη της σχεδίασης υποσυστημάτων και αντικειμένων της βιβλιοθήκης από τη χρήση τους και παρέχει τις βασικές αρχές της τμηματικής υλοποίησης των συγκεκριμένων εφαρμογών που εκφράζονται από την προτεινόμενη ανοικτή αρχιτεκτονική. Τα αντικείμενα της βιβλιοθήκης είναι επαναχρησιμοποιήσιμα και επομένως παρέχουν τη δυνατότητα για ταχεία ανάπτυξη, αυξημένη ποιότητα και μειωμένο κόστος. Η βιβλιοθήκη είναι επεκτάσιμη τόσο ποσοτικά με προσθήκη νέων αντικειμένων ή υποσυστημάτων καθώς και ποιοτικά με ενσωμάτωση βελτιωμένων αλγορίθμων. Καθίσταται επομένως εφικτή η γρήγορη και αξιόπιστη ενσωμάτωση των νέων αλγορίθμων ελέγχου και αναγνώρισης προτύπων και δίνεται η δυνατότητα αμεσότερης σύνδεσης της έρευνας με την παραγωγή. Η μεθοδολογία ελέγχθηκε με τη σύνθεση βιομηχανικών εφαρμογών, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως παράδειγμα για τη σύνθεση νέων συστημάτων. Η πρώτη από αυτές σχετίζεται με την αυτόματη προσαρμογή ηλιοροφής σε αυτοκίνητο με χρήση ανάδρασης από 4 κάμερες, ενώ η δεύτερη εφαρμογή εκτελεί αυτόματη μέτρηση διακένων σε αυτοκίνητα με χρήση στερεοσκοπικής όρασης. Η τρίτη εφαρμογή μπορεί να υλοποιηθεί με επαναχρησιμοποίηση σε επίπεδο υποσυστημάτων και αφορά ρομπότ οπτικής επιθεώρησης διακένων. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι με κατάλληλη παραμετροποίηση οι εφαρμογές λειτουργούν σύμφωνα με τις επιθυμητές προδιαγραφές, επιβεβαιώνοντας με αυτό τον τρόπο την αξία της μεθοδολογίας.