Теоретические основы построения и методы адаптации групп автономных мобильных роботов в неопределенных средах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-19-00621

НазваниеТеоретические основы построения и методы адаптации групп автономных мобильных роботов в неопределенных средах

Руководитель Пшихопов Вячеслав Хасанович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО РОБОТОТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ" , Ростовская обл

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-107 - Мехатроника и робототехника

Ключевые слова автономный мобильный робот, создание строя, информационно-навигационное поле, групповое управление, оценка сложности среды, реконфигурация строя, недетерминированная среда, обучение робота

Код ГРНТИ28.23.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема функционирования групп роботов в неопределенных средах является одной из центральных в современной робототехнике. Общее направление ее решения связано с развитием интеллектуальных обучающихся систем и распределенных методов управления. Необходимость дальнейшего развития теории и методов группового управления роботами определяется тем фактом, что, в настоящее время, роботы требуют постоянного контроля со стороны оператора при функционировании в неопределенной среде. При этом на него возлагается не только уровень планирования и принятия решений, но и уровень управления движением. Это обстоятельство не позволяет реализовать эффективное управление группами роботов в априори неопределенных средах. Таким образом, решение поставленных в проекте задач позволит создать научный задел для разработки робототехнических комплексов, способных самостоятельно планировать и осуществлять действия в неопределенных средах, а также функционировать в коллективе роботов при решении задач, требующих группового взаимодействия. Целью проекта является развитие методов формирования информационно-навигационных полей и оценки сложности сред функционирования для автономного решения задач группами роботов в условиях неопределенности, а также методов адаптации их построений по результатам этой оценки. Под сложными средами понимаются среды, которые могут непредсказуемо изменяться таким образом, что достижение группой роботов общей цели требует изменения критериев их функционирования, методов взаимодействия, планирования и группового управления. Объектом исследования являются теория и методы оценки сложности среды функционирования, формирования информационно-навигационных полей и создания и модификации строя групп автономных мобильных роботов. В ходе выполнения проекта работа будет осуществляться по трем основным направлениям исследований. Первое направление (модуль 1) связано с развитием методов формирования информационно-навигационных полей группами автономных мобильных роботов в частично неопределенной среде. В данном модуле планируется разработка методов оценки сложности локальной области среды отдельными роботами, методов оценки сложности среды всеми роботами группы и методов формирования информационно-навигационного поля группы. В отличие от известных методов и подходов к оценке сложности среды основанной на детерминированном ее представлении в данном проекте предполагается получение вектора оценок локальных подобластей среды вокруг роботов, с учетом прогнозирования изменения состояния среды, состояния роботов и их целевой нагрузки, что даст адекватную оценку "локального мира" в рамках сформированного информационно-навигационного поля группы. Второе направление (модуль 2) связано с развитием методов формирования строя при согласованном перемещении группы автономных мобильных роботов. В данном модуле планируется разработка методов формирования критерия эффективности движения строя, методов определения структуры строя, методов определения целевого положения в строю i-го робота и методов синхронизации движения членов группы. В отличие от известных методов и подходов критерий эффективности движения строя и определение целевого положения роботов в строю формируется на основе информационно-навигационного поля группы, в зависимости от оценки сложности среды и состояния группы, что позволяет разрабатывать методы формирования структуры строя и целевого положения роботов в строю исходя не только из целевой задачи группы, но и учесть недетерминированный характер среды ее функционирования. Это дает возможность разрабатывать методы синхронизации движения членов группы на базе неустойчивых режимов движения подвижных объектов с интеграцией с существующими методами планирования траекторий перемещения роботов. Третье направление (модуль 3) связано с развитием методов оптимизации, адаптации и реконфигурации строя автономных мобильных роботов в неопределенной среде на основе информационно-навигационного поля группы по результатам оценки сложности среды и значения критерия эффективности движения строя. В отличие от известных методов и подходов к модификации строя ориентированных на детерминированные среды функционирования роботов предлагаемые методы позволяют обеспечить построение наиболее эффективного строя для данных условий функционирования группы с учетом степени сложности среды и функционального назначения роботов. В ходе проекта планируется развитие указанных направлений с целью: повышения эффективности группового выполнения задач по критериям точности, скорости и безопасности следования по траекториям в строю; ослабления ограничений, накладываемых средой функционирования за счет оценки ее сложности и прогнозирования ее изменения; применения в составе неоднородных групп, включающих в себя различных роботов по функциональному назначению и оснащенных разнообразными средствами технического зрения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Каркищенко А.Н., Пшихопов В.Х. К ОПРЕДЕЛЕНИЮ СЛОЖНОСТИ СРЕДЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА НА ПЛОСКОСТИ Автоматика и телемеханика (год публикации - 2019)

2. Каркищенко А.Н. ОБ ОЦЕНКЕ СЛОЖНОСТИ СЦЕНЫ ПО ОДНОМУ И ДВУМ ЛОКАЛЬНЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ Автоматика и телемеханика (год публикации - 2019)

3. Пшихопов В.Х, Медведев М.Ю., Васильева М.А. Neural network control system of motion of the robot in the environment with obstacles 32nd International Conference on Industrial, Engineering & Other Applications of Applied Intelligent Systems (год публикации - 2019)

4. Каркищенко А.Н., Пшихопов В.Х. SUBOPTIMAL ASSIGNMENT WHEN CREATING A FORMATION OF MOBILE OBJECTS Proceed. of 6th International Conference on Systems and Informatics (ICSAI 2019) (год публикации - 2019)

5. Белоглазов Д.А., Финаев В.И., Соловьев В.В., Павленко Е.Н. METHODS RESEARCH AND SOFTWARE DEVELOPMENT FOR PARAMETERS FORMALIZATION OF THE ASSIGNMENT TASK APPLICABLE TO THE TARGET ASSIGNMENT Hindawi, Journal of Robotics (год публикации - 2020)

6. Белоглазов Д., Переверзев В., Соловьев В., Пшихопов В., Морозов Р. METHOD OF FORMATION OF QUANTITATIVE INDICATORS OF COMPLEXITY OF THE ENVIRONMENT BY A GROUP OF AUTONOMOUS MOBILE ROBOTS Hindawi, Journal of Robotics (год публикации - 2020)

7. Костюков В., Медведев М., Пшихопов В. OPTIMIZATION OF A MOBILE ROBOT MOVEMENT ON A PLANE WITH A FINITE NUMBER OF REPELLER SOURCES SPIIRAS Proceedings (год публикации - 2020)

8. Медведев М., Пшихопов В. Path Planning of Mobile Robot Group Based on Neural Networks Lecture Notes in Computer Science (год публикации - 2020)

9. Белоглазов Д.А., Соловьев В.В., Переверзев В.А., Пшихопов В.Х. ESTIMATION METHOD FOR OPERATIONAL ENVIRONMENT COMPLEXITY BY A ROBOTIC TEAM International Review of Automation Control (год публикации - 2020)

10. Медведев М., Пархоменко В. NEURAL NETWORK SYSTEM FOR GROUND ROBOT PATH PLANNING AND OBSTACLE AVOIDANCE Proceed. International Conference on Robotics and Automation Engineering 2019, Rome, Italy (год публикации - 2019)

11. Гайдук А.Р. Синтез астатических цифровых систем с применением стандартных нормированных передаточных функций Мехатроника, автоматизация, управление, 2019, 20(1), стр. 16-28 (год публикации - 2019)
10.17587/mau.20.16-33

12. Белоглазов Д.А., Васильева М.А., Соловьев В.В., Переверзев В.А., Пшихопов В.Х. ESTIMATION METHOD FOR OPERATIONAL ENVIRONMENT COMPLEXITY BY A ROBOTIC TEAM Lecture Notes in Computer Science (год публикации - 2021)

13. Медведев М.Ю., Пархоменко В.А. NEURAL NETWORK SYSTEM FOR GROUND ROBOT PATH PLANNING AND OBSTACLE AVOIDANCE Proceed. 2021 The 7th International Conference on Mechatronics and Robotics Engineering (год публикации - 2021)

14. Финаев В.И., Медведев М.Ю., Пшихопов В.Х., Переверзев В.А., Соловьев В.В. Unmanned powerboat motion terminal control in an environment with moving obstacles Мехатроника, автоматизация, управление (год публикации - 2021)

15. КОСТЮКОВ В.А., МЕДВЕДЕВ М.Ю., ПШИХОПОВ В.Х. Процедура оптимизации траектории мобильного робота на плоскости с учетом критерия максимума вероятности её прохождения в поле источников-репеллеров ТРУДЫ СПИИРАН (год публикации - 2021)

16. Соловьев В., Лащев А., Финаев В., Гуренко Б., Бросалин Д., Шпак И. Terminal Control Researching With Application Of The Key Points To Assess The Defined Problem Realization 2021 The 7th International Conference on Mechatronics and Robotics Engineering (год публикации - 2021)

Публикации

8. Медведев М., Пшихопов В. Path Planning of Mobile Robot Group Based on Neural Networks Lecture Notes in Computer Science (год публикации - 2020)

Публикации

8. Медведев М., Пшихопов В. Path Planning of Mobile Robot Group Based on Neural Networks Lecture Notes in Computer Science (год публикации - 2020)