Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно- технологического комплекса России на 2014-2020 годы

Категория: Наука
Дата публикации
Автор: Администратор
Просмотров: 4274

 

«Разработка методов и алгоритмов адаптивного управления движением мультиагентных сферических роботов повышенной маневренности в условиях неопределенности и существенных внешних возмущений»

Выполнение проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от от 11.11.2015 г. № 14.613.21.0047 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

На этапе № 1 в период с 11.11.2015 по 31.12.2015 выполнялись следующие работы:

1.1. Выполнение аналитического обзора научных и информационных источников по проблематике методов и алгоритмов адаптивного управления движением и взаимодействие мультиагентных сферических роботов повышенной маневренности в условиях неопределенности и внешних возмущений за период 2011 - 2015 годы.
1.2. Проведение патентных исследований в соответствии ГОСТР 15.011-96.
1.3. Анализ методов и алгоритмов группового взаимодействия роботов.
1.4. Выбор и обоснование конструкторско-технологических решений по разработке и проектированию сферического корпуса и основных механических систем конструкции.
1.5. Разработка вариантов решения задачи управления движением мультиагентных роботов и проведение их сравнительной оценки.
1.6. Теоретическое обоснование оптимальных вариантов решения задач группового взаимодействия роботов.
1.7. Анализ методов и алгоритмов управления движением мультиагентных роботов и проведение их сравнительной оценки.
1.8. Анализ способов организации систем связи и передачи данных в группе взаимодействующих мультиагентов.
1.9. Разработка решения навигационной задачи в системе мобильных роботов.
1.10. Выполнение аналитического обзора научных и информационных источников по проблематике систем управления движением сферических роботов за период 2011 - 2015 годы.
1.11. Разработку типовых поведенческих сценариев групповой работы роботов.
1.12. Определение оптимального базового состава сенсоров, систем видеонаблюдения и режимов их совместной работы.
1.13. Разработка вариантов построения открытой архитектуры бортовой системы управления роботами позволяющую реализовать процедуры управления каждым роботом в отдельности, гак и при их групповом взаимодействии.

В ходе выполнения первого этапа проекта получены следующие основные результаты:

Основные характеристики полученных результатов созданной научно-технической продукции заключаются в обосновании:

Конструкторско-технологические решения, заложенные при разработке методов и алгоритмов адаптивного управления движением мультиагентных сферических роботов повышенной маневренности в условиях неопределенности и существенных внешних возмущений, соответствуют современному техническому уровню.

Базовый состав сенсоров и систем видеонаблюдения обеспечивает возможность получения полезной информации при скорости движения до 10 км/час.
Микропроцессорная 4-канальная система управления, поддерживающая человеко-машинный интерфейс для работы оператора, обеспечивает возможность управления роботом во всех эксплуатационных режимах со скоростью движения до 10 км/час и имеет дублирующие каналы.

Система технического зрения робота обеспечивает оператора информацией об окружающей среде.

Новизна научных и технических результатов в данном проекте заключается в разработке методов и алгоритмов управления движением группы сферических роботов при их движении по сложной траектории при преодолении препятствий, сетевой самоорганизующейся системы связи и передачи данных, разработки комплексированной системы навигации в интересах мультиагентных роботов.

Полученные результаты соответствуют требованиям к выполняемому проекту что подтверждается результатами моделирования движения гомогенной группы роботов агентов, расчетами по проектированию сферического робота и оценками точности определения местоположения по данным системы навигации и расчетами по организации сетевой структуры связи. Сравнением с результатами работ определяющими мировой уровень развития данного направления науки и техники.

Разрабатываемый сферический робот выбранный в качестве носителя аппаратуры связи, видеонаблюдения, мониторинга и навигации превосходит зарубежные аналоги по скорости перемещения, точности отработки заданной траектории, полезной нагрузке и времени автономной работы. Предлагаемая система управления на основе открытой архитектуры имеет колоссальный модернизационный ресурс и способна работать как с уникальной авторской программой управления, так и с типовыми приложениями, поддерживающими стандарты для интеллектуальных агентов.

На этапе № 2 в период с 01.01.2016 по 31.12.2016 выполнялись следующие работы:

2.1 Теоретический анализ конструктивных решений и принципов проектирования сферических роботов.

2.2 Анализ методов и алгоритмов управления движением мобильных роботов по заданной траектории с требуемой точностью.

2.3 Разработка методов и моделей системы связи и передачи данных в условиях плотной городской застройки для мультиагентных робототехнических систем.

2.4 Разработка методов и алгоритмов подсистемы координатно-временного обеспечения системы мобильных роботов для решения задачи их группового взаимодействия.

2.5 Кинематический расчет приводов и их энергопотребления.

2.6 Разработка контроллерной системы управления приводами.

2.7 Разработка программного обеспечения для самоконфигурируемой сети связи и передачи данных в группе мобильных роботов с пунктом управления (оператором).

2.8 Разработка программного обеспечения для решения задачи в системе пространственно-распределенных взаимодействующих мультиагентов.

2.9 Теоретическое обоснование методов и алгоритмов обеспечения группового взаимодействия мультиагентов.

2.10 Разработка программы для системы мультиагентной маршрутизации для сферических роботов, реализующая геометрические, кинематические, динамические ограничения.

2.11 Проведение оценки полноты решения научно-технических задач и достижения поставленных целей исследования.

2.12 Проведение оценки эффективности полученных результатов исследований (выполнения проекта) в сравнении с современным научно-техническим уровнем.

2.13 Обоснование рекомендаций по возможности использования полученных результатов исследований (выполнения проекта) в реальном секторе экономики.

2.14 Обоснование целей и технических характеристик ОКР «разработка человеко-машинного интерфейса для мультиагентной воздушно-наземной робототехнической системы».

2.15 Обоснование эргономичных человеко-машинных интерфейсов для работы оператора.

2.16 Анализ встраиваемых бортовых систем управления, применимых в робототехнических системах, выбор и обоснование контроллеров для системы управления двигателями приводов роботов сферической формы.

2.17 Теоретическое обоснование применимости адаптивных пид-регуляторов на основе нечеткой логики в условиях не полного описания математической модели объекта управления. Анализ и синтез законов управления для нелинейных систем и систем с неопределенностями для случая неполной информации об объекте управления.

2.18 Разработка алгоритмов адаптации системы управления при изменении характеристик объекта или условий эксплуатации. Разработка математической модели движения сферического робота в различных условиях с целью отработки элементарных движений и отработки задающих воздействий.

2.19 Разработка математической модели движения сферического робота в различных условиях с целью отработки элементарных движений и отработки задающих воздействий.

В ходе выполнения второго этапа проекта получены следующие основные результаты:

По результатам проведенных на втором этапе исследований:

Опубликованы 2 статьи в журналах, индексируемых в Scopus:

1. E. G. Borisov, R. U. Dobretsov, S. I. Matrosov. Energy Expenditure Forecasting at Path Generation of Spherical Robots within Multi-Agent System/ Indian Journal of Science and Technology, Vol 9(44), November 2016, рр 1-9.
2. R. Kirichek, A. Paramonov, A. Vladyko, E. Borisov. Implementation of the Communication Network for the Multi-Agent Robotic Systems// International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems, 7(1), 2016, рр 33-51.

Получены охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности:

1. Программа для ЭВМ, свидетельство № 2016617039 «Программа имитационного моделирования самоконфигурируемой сети связи, навигации и передачи данных».
2. Программа для ЭВМ, свидетельство №2017613412 «Контрольно-испытательная программа для сферического робота».
3. Заявка на изобретение № 2017100956 «Мультиагентная робототехническая система».
4. Заявка на изобретение № 2016152458 «Шарообразный робот с приводом маятникового типа (варианты)».