novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.22.610-615novtexmech-1085Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSМногоуровневая система управления интеллектуальным роботом, входящим в состав группыMulti-Level Control System for an Intelligent Robot that is Part of a GroupРубцовВ. И.RubtsovV. I.

канд. техн. наук, доц.

Москва

Ph.D., Associate Professor

Moscow, 105005, Russian Federation

rubtsov@mail.ruМашковК. Ю.MashkovK. J.

канд. техн. наук, доц.

Москва

Moscow, 105005, Russian Federation

makon@bmstu.ruКоноваловК. В.KonovalovK. V.

ассистент

Москва

Moscow, 105005, Russian Federation

konovalov_kv@bmstu.ruМосковский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)РоссияBauman Moscow Technical UniversityRussian Federation2021091120212211610615Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20212021Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1085

Рассмотрены вопросы применения группы робототехнических комплексов военного назначения. Современное состояние систем управления одиночных робототехнических комплексов не позволяет решать все задачи, ставящиеся перед роботом. Проведен анализ способов управления группой роботов в боевых условиях. Обоснована необходимость использования многоуровневой системы управления интеллектуальным боевым роботом. Предложена многоуровневая система управления интеллектуальным роботом. Такая система предполагает возможность управления роботом в одном из четырех режимов: дистанционном, супервизорном, автономном и групповом. Более того, каждый робот в зависимости от внешних условий и своего состояния может находиться в любом режиме управления. Применение данной методики управления показано на примере движения группы роботов с интервалом по фронту. Рассмотрена задача движения ведомых роботов за лидером. При формировании алгоритма управления роботом использовался метод конечных автоматов. Алгоритм управляет движением РТК в различных режимах работы: режиме группового управления и в режиме автономного движения. В режиме группового управления реализована задача "движение за лидером". Для состояния "движение строем" был реализован алгоритм формирования траектории движения ведомых роботов с помощью аппроксимации кривой Безье. Он позволяет построить траекторию для ведомого робота. На основе полученной траектории вычислялись угловая и линейная скорости. В режиме автономного управления решаются две задачи: движение в заданную точку и объезд препятствий. В качестве алгоритма для объезда препятствия был использован алгоритм Vector Field Histogram, который определяет направление движения без препятствий. В основе состояния "Движение в заданную точку" базовым алгоритмом выступил Pure Pursuit как простой и надежный при решении подобных задач. Была разработана компьютерная модель движения группы роботов. Модель реализована в программе MATLAB с использованием библиотек Simulink и Mobile Robotics Simulation Toolbox. Промоделированы несколько разных вариантов движения группы РТК, отличающихся друг от друга начальным расположением роботов и положением препятствий. Проведенное компьютерное моделирование показало работоспособность и эффективность предложенного метода управления РТК.

The article is devoted to the application of a group of robotic complexes for military purposes. The current state of control systems of single robotic complexes does not allow solving all the tasks assigned to the robot. The analysis of methods of controlling a group of robots in combat conditions is carried out. The necessity of using a multi-level control system for an intelligent combat robot is justified. A multi-level control system for an intelligent robot is proposed. Such a system assumes the possibility of controlling the robot in one of four modes: remote, supervisory, autonomous and group. Moreover, each robot, depending on the external conditions and its condition, can be in any control mode. The application of the technique is shown by the example of the movement of a group of robots with an interval along the front. The problem of the movement of slave robots behind the leader is considered. When forming the robot control algorithm, the method of finite automata was used. The algorithm controls the movement of the RTK in various operating modes: group control mode and autonomous movement mode. In the group control mode, the task is implemented: movement for the leader. For the state of "Movement in formation", an algorithm for forming the trajectory of the movement of guided robots was implemented. An algorithm for approximating the Bezier curve was used. It allows you to build a trajectory for the slave robot. On the basis of the obtained trajectory, the angular and linear velocity were calculated. In the autonomous control mode, two tasks are solved: moving to a given point and avoiding obstacles. Vector Field Histogram was used as an algorithm for detouring an obstacle, which determines the direction of movement without obstacles. The state of "Movement to a given point" is based on Pure Pursuit as a simple and reliable algorithm for solving such problems. A computer model of the movement of a group of robots was developed. The model is implemented in the MATLAB program using the Simulink and Mobile Robotics Simulation Toolbox libraries. Several different variants of the movement of the RTK group are modeled, which differ from each other in the initial location of the robots and the position of obstacles. The conducted computer simulation showed the efficiency and effectiveness of the proposed method of RTC control.

группа РТКраспределение целейсистема группового управлениямоделированиемногоуровневая система управленияRTK groupdistribution of goalsgroup control systemmodelingmulti-level control systemReferencesКаляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физматлит, 2009.Kalyaev I. A., Gaiduk A. R., Kapustyan S. G. Models and algorithms of collective control in groups of robots, Moscow, Fizmatlit, 2009 (in Russian).Михайлов Б. Б., Назарова А. В., Ющенко А. С. Автономные мобильные роботы — навигация и управление // Известия ЮФУ. Технические науки. 2016. № 2. С. 48—67.Mikhailov B. B., Nazarova A. V., Yushchenko A. S. Autonomous mobile robots — navigation and control, Izvestija JuFU. Tehnicheskie nauki, 2016, no. 2, pp. 48—67 (in Russian).Белоглазов Д. А., Гайдук А. Р. Групповое управление подвижными объектами в неопределенных средах / Под ред. В. Х. Пшихопова. М.: Физматлит, 2015.Beloglazov D. A., Gaiduk A. R. Group control of mobile objects in uncertain environments, Ed. V. Kh. Pshikhopov. Moscow, Fizmatlit, 2015 (in Russian).Kamada T., Oikawa K. AMADEUS: A Mobile, Autonomous Decentralized Utility System for Indoor Transportation // IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation, Leuven, Belgium, May 16—20, 1998. Vol. 4. P. 2229—2236.Kamada T., Oikawa K. AMADEUS: A Mobile, Autonomous Decentralized Utility System for Indoor Transportation, IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation, Leuven, Belgium, May 16—20, 1998, vol. 4, pp. 2229—2236.Vail D., Veloso M. Dynamic multi-robot coordination // Multi-Robot Systems: From Swarms to Intelligent Automata / Eds.: A. Schultz, L. Parker, and F. Schneider. Kluwer Academic Publishers, 2003. V. II. P. 87—100.Vail D., Veloso M. Dynamic multi-robot coordination, Multi-Robot Systems: From Swarms to Intelligent Automata, Eds.: A. Schultz, L. Parker, and F. Schneider, Kluwer Academic Publishers, 2003, vol. II, pp. 87—100.Назарова А. В., Рыжова Т. П. Система управления коллективом роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 4. С.45—50.Nazarova A. V., Ryzhova T. P. Control system for a group of robots, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2014, no. 4, pp. 45—50 (in Russian).Fierro R., Das A., Spletzer J. A Framework and Architecture for Multi-Robot Coordination // Intern. J. of Robotic Research. 2002. Vol. 21(10-11). P. 977—995.Fierro R., Das A., Spletzer J. A Framework and Architecture for Multi-Robot Coordination, Intern. J. of Robotic Research, 2002, vol. 21(10-11), pp. 977—995.Parker L. Alliance: An Architecture for Fault Tolerant Multi-Robot Cooperation // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1998. Vol. 14(2). P. 220—240.Parker L. Alliance: An Architecture for Fault Tolerant Multi-Robot Cooperation, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1998, vol. 14(2), pp. 220—240.Носков В. П., Рубцов В. И., Рубцов И. В. Математические модели движения и системы технического зрения мобильных робототехнических комплексов: учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015.Noskov V. P., Rubtsov V. I., Rubtsov I. V. Mathematical models of motion and technical vision systems of mobile roboticcomplexes, Moscow, Publishing house of Bauman Moscow State Technical University, 2015 (in Russian).Hladek D., Vascak J., Sincak P. Multi-robot control system for pursuit-evasion problem // Journal of electrical engineering. 2009. Vol. 60, N. 3. P. 143—148.Hladek D., Vascak J., Sincak P. Multi-robot control system for pursuit-evasion problem, Journal of electrical engineering, 2009, vol. 60, no. 3, pp. 143—148.Kadhim Oleiwi, Al-Jarrah R., Roth H., Kazem B. Integrated Motion Planning and Control for Multi Objectives Optimization and Multi Robots Navigation // IFAC-Papers On Line 48. 2015. Vol. 10. P. 99—104.Kadhim Oleiwi, Al-Jarrah R., Roth H., Kazem B. Integrated Motion Planning and Control for Multi Objectives Optimization and Multi Robots Navigation, IFAC-PapersOnLine48, 2015, Vol. 10, pp. 99—104.Liu Y., Yang J., Zheng Y., Wu Z., Yao M. Multi-Robot Coordination in Complex Environment with Task and Communication Constraints // In-tern. J. of Advanced Robotic Systems. 2013. Vol. 10. P. 1—14.Liu Y., Yang J., Zheng Y., Wu Z., Yao M. Multi-Robot Coordination in Complex Environment with Task and Communication Constraints, Intern. J. of Advanced Robotic Systems, 2013, vol. 10, pp. 1—14.Timofeev A. V. Intelligent Control and Operations Research for Multi-Agent Robot Systems // International Autonomous Systems: Intern. Scientific Issue. Karlsruhe—Ufa: USATU, 1998. P. 119—124.Timofeev A. V. Intelligent Control and Operations Research for Mul-ti-Agent Robot Systems, International Autonomous Systems: Intern. Scientific Issue, Karlsruhe—Ufa, USATU, 1998, pp. 119—124.Rubtsov V. I., Raskatov V. D. Simulation in MATLAB motion of the mobile robots group when working in the industrialurban environment (Моделирование в MATLAB движения группы мобильных роботов при работе в индустриально-городской среде) // Cite as: AIP Conference Proceedings 2195, 020015 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5140115. Published Online: 17 December 2019.Rubtsov V. I., Raskatov V. D. Simulation in MATLAB motion of the mobile robots group when working in the industrial-urban environment, Cite as: AIP Conference Proceedings 2195, 020015 (2019), available at: https://doi.org/10.1063/1.5140115. Published Online: 17 December 2019Rubtsov I. V., Rubtsov V. I., Lapshov V. S., Konovalov K. V. Simulation in MATLAB group control when conducting reconnaissance in areas // In AIP Conference Proceedings, 2195. 2019. P. 020009-1—020009-7.Rubtsov I. V., Rubtsov V. I., Lapshov V. S., Konovalov K. V. Simulation in MATLAB group control when conducting reconnaissance in areas, In AIP Conference Proceedings, 2195, 2019, pp. 020009-1—020009-7.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.