• EN RU

ЛАРС



Технологические основы управления попарными соединениями гомогенных роботов при конфигурировании роя в трёхмерные формы, 2016-2019

Номер:
16-29-04101_офи
Руководитель:
Ронжин Андрей Леонидович
Сроки:
2016 - 2019
Источник финансирования:
РФФИ

Аннотация:

Спецификой роевой робототехники является моделирование взаимодействия больших групп простейших гомогенных роботов. Ограниченные ресурсы отдельных роботов существенно влияют на конфигурацию и возможности системы, однако за счет распределенного роевого интеллекта, основанного на данных, извлекаемых в ходе массовых парных взаимодействий роботов, обеспечивается существование роя и решение им требуемых задач. Спецификой модульной робототехники является возможность соединения отдельных роботов в реконфигурируемые комплексы со сложной структурой. В отличие от роевой робототехники здесь используется контактное соединение роботов, однако число роботов, участвующих во взаимодействии не определяется. На первом этапе проекта при подготовке обзора были проанализированы подходы, пригодные для реконфигурации роя модульных роботов.
По результатам анализа публикаций, описывающих контактные соединения модульных роботов была предложена оригинальная классификация подходов, учитывающая тип актуатора, тип преобразуемой энергии, способ соединения и другие аспекты позволяет обосновать технологическую структуру разрабатываемого модульного робота. Проведенный анализ проектов по модульной робототехнике по публикациям последних десяти лет выявил также перспективность привлечения методов облачной робототехники для распределенного сбора сенсорных данных, управления и централизованного обучения с использованием стационарных вычислительных ресурсов.
При разработке технологических основ управления проектированием модульных роботов с попарными механизмами соединения были проанализированы современные аппаратные и модельно-алгоритмические средства, свойственные полнофункциональному роботу, которые обеспечивают независимую локомоцию, связь, навигацию, децентрализованное питание и управление.
Дальнейшее развитие систем робототехнического модуля и его конструкции после имплементации заявленного функционала будет возможно после проведения тестирования с прототипами, а прежде всего моделирования и разработки алгоритмического обеспечения. Для этого на следующем этапе проекта планируется провести анализ ограничений и обоснование требований к модельно-алгоритмическому обеспечению отдельной единицы модульного робота, влияющих на способы управления попарными соединениями наземного роя роботов. Затем разработать алгоритмы управления соединениями роя наземных модульных роботов при конфигурации трехмерных форм.


Итоговый отчет за весь срок выполнения проекта:

Поставленные на 2016 год задачи выполнены в полном объеме:
1. Проведен анализ проблемы попарных соединений в рое роботов и подготовлен обзор подходов, применяемых в модульной робототехнике.
2. Разработана классификация методов, технологий и технических решений соединения модульных роботов.
3. Выполнена разработка технологических основ управления попарными соединениями в рое роботов.
4. По результатам научных исследований опубликовано 7 статей, в том числе 3 работы в изданиях, индексируемых в Scopus/WoS, и 4 работы в изданиях, индексируемых в РИНЦ.
5. Полученные научные результаты прошли апробацию на 3 международных профильных конференциях:
- 9-я Российская мультиконференция по проблемам управления (9-я КОНФЕРЕНЦИЯ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В УПРАВЛЕНИИ» (ИТУ-2016)), 4 - 6 октября 2016 г., Санкт-Петербург, Россия;
- 3rd International Conference on Mechanics and Mechatronics Research (ICMMR 2016), Bangkok, Thailand, June 18-20, 2016
- International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions, Braganca, Portugal, May 4-6, 2016.


Поставленные на 2017 год задачи выполнены в полном объеме:
1. Проведен обзор ограничений, накладываемых на модельно-алгоритмическое обеспечение модуля робототехнической системы (РТС), сформулированы требования к алгоритмам управления отдельной единицы модульного робота, а именно функционирование в режиме реального времени для возможности реагирования на изменяющиеся условия окружающей среды, децентрализованность, низкая ресурсоемкость. В соответствии со сформированными требованиями был разработан подход к решению поставленной задачи, в основе которого лежит декомпозиция общей задачи на две подзадачи: управление перемещением отдельных звеньев системы в точку сбора с выбором требуемой траектории движения на основе информации о внешней среде и непосредственно алгоритм объединения отдельных элементов в единую систему.
2. Разработаны алгоритмы соединения отдельных гомогенных робота в единую систему и алгоритмы управления сформированной системой. Для реализации перемещения гомогенных роботов в пространстве и последующего сопряжения их друг с другом были разработаны алгоритмы выбора целевых точек, алгоритмы построения траектории движения и алгоритмы движения модулей с учетом возникающих динамических препятствий. Для управления соединением модульных роботов была разработана искусственная нейронная сеть (ИНС), которая обеспечивает решение обратной задачи кинематики для сложной реконфигурируемой системы.
3. По результатам научных исследований опубликовано 4 статьи, в том числе 3 работы в изданиях, индексируемых в Scopus/WoS.
4. Полученные научные результаты прошли апробацию на трех международных и одной российской профильных конференциях:
- 2-ая военно-научная конференция «Роботизация Вооруженных Сил Российской Федерации», 23 марта 2017 г., Московская область, Россия;
- 2017 International Conference on Mechanical, System and Control Engineering (ICMSC 2017), Санкт-Петербург, Россия, 19-21 мая, 2017
- Международная научно-техническая конференция по электромеханике и робототехнике «Завалишинские чтения – 2017, Санкт-Петербург, Россия, 17-21 апреля, 2017
- The 2nd International Conference on Interactive Collaborative Robotics (ICR-2017), Хартфордшир, Англия, 12-16 сентября, 2017