novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.23.420-429novtexmech-1232Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSАлгоритмы интеллектуального управления реконфигурируемыми роботами в компоновке колеса и многоагентными системами на их основеAlgorithms for Intelligent Control of Reconfi gurable Robots in a Wheel Confi guration and Multi-Agent Systems Based on themМанькоС. В.MankoS. V.

д-р техн. наук, проф., 

г. Москва

Moscow, 119454

manko@mirea.ruЛохинВ. М.LokhinV. M.

д-р техн. наук, проф., 

г. Москва

Moscow, 119454

cpd@mirea.ruКрайновН. В.KraynovN. V.

магистр, 

г. Москва

Moscow, 119454

cpd@mirea.ruМалькоА. Н.MalkoA. N.

аспирант, 

г. Москва

PhD Student,

Moscow, 119454

malkorussia@gmail.comМИРЭА — Российский технологический университетРоссияMIREA — Russian Technological UniversityRussian Federation202213082022238420429Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20222022Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1232

Проводится краткий анализ ключевых проблем развития мехатронно-модульных роботов с адаптивной кинематической структурой, оперативная реконфигурация которой осуществляется в автоматическом режиме в зависимости от особенностей выполняемой прикладной задачи и условий ее решения. Показано, что среди множества проблем развития мехатронно-модульных роботов такого типа одна из наиболее острых проблем связана с обеспечением функций внешнего очувствления. Сформирован оригинальный подход к созданию перспективных образцов нового поколения реконфигурируемых робототехнических систем с расширенным набором сенсорных, моторно-двигательных и других свойств на основе комплексной интеграции мехатронно-модульных структур с ограниченным набором функциональных возможностей. Утверждается, что практическая реализация предложенного подхода допускает различные способы практического воплощения и, по существу, сводится к формированию многоагентной системы, объединяющей в единой компоновке взаимодействующие мехатронно-модульные структуры, движения которых должны быть синхронизированы. В качестве примера рассмотрены два принципиально различных варианта оснащения реконфигурируемого робота в компоновке колеса мехатронно-модульной шагающей "платформой", несущей средства технического зрения и способной перемещаться вдоль базовой кинематической структуры в противоход к ее движению. Разрабатываются алгоритмы автоматического формирования, реконфигурации и управления движением для мехатронно-модульных роботов в компоновке колеса с сенсорной шагающей платформой. Обсуждаются пути построения средств планирования поведения и координации взаимодействий автономных реконфигурируемых роботов с использованием механизмов доски объявлений. Приводятся результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования, подтверждающие работоспособность и эффективность представленных алгоритмов. 

The article provides a brief analysis of the key challenges in the development of mechatronic-modular robots with adaptive kinematic structure, which operational reconfiguration is performed in an automatic mode, depending on the characteristics of the problem and conditions for its solution. It is shown that among the many problems in the development of such robots, one of the most important is in the provision of external sensory functions. The original approach is proposed to create promising samples of the new generation reconfigurable robotic systems with expanded capabilities in sensory, locomotor and other functions based on a complex integration of the mechatronic-modular structures of limited functionality. It is claimed that practical implementation of the proposed approach allows for various ways of its physical implementation and essentially boils down to formation of the multiagent system that combines interacting mechatronic-modular structures, whose movement must be synchronized, in a single composition. As an example, two fundamentally different equipment options of the wheel-configuration modular robot with mechatronic-modular walking "platform" carrying technical vision and being able to move in the opposite to the wheel rotation direction are considered. The algorithms for automatic formation, reconfiguration and motion control for a wheel-configuration mechatronic-modular robot with walking sensory platform are being developed. The approaches of using bulletin board mechanisms to develop the means of behavior planning and interaction coordination of the autonomous self-reconfigurable robots are being discussed. The results of experimental research and computer simulation are presented, confirming the efficiency of the presented algorithms. 

мехатронно-модульные реконфигурируемые роботымногоагентные робототехнические системыалгоритмы интеллектуального управленияmechatronic modular self-reconfigurable robotsmulti-agent robotic systemsintelligent control algorithmsReferencesYim M., Shen W. M., Salemi B., Rus D., Moll M., Lipson H., Klavins E., Chirikjian G. S. Modular self-reconfigurable robot systems: challenges and opportunities for the future // IEEE Robotics & Automation Magazine. 2007. Vol. 14. P. 43—52.Yim M., Shen W. M., Salemi B., Rus D., Moll M., Lipson H., Klavins E., Chirikjian G. S. Modular self-reconfigurable robot systems: challenges and opportunities for the future, IEEE Robotics & Automation Magazine, 14, 2007, pp. 43—52.Ahmadzadeh H., Masehian E., Asadpour M. Modular robotic systems: Characteristics and applications // J. Intell. Robot. Syst. 2016. Vol. 81. P. 317—357.Ahmadzadeh H., Masehian E., Asadpour M. Modular robotic systems: Characteristics and applications, J. Intell. Robot. Syst., 2016, vol. 81, pp. 317—357.Yim M., White P., Park M., Sastra J. Modular Self-Reconfigurable Robots // Encyclopedia of Complexity and Systems Science. Springer: New York, NY, USA, 2009. P. 5618—5631.Yim M., White P., Park M., Sastra J. Modular SelfReconfigurable Robots, In Encyclopedia of Complexity and Systems Science, Springer, New York, NY, USA, 2009, pp. 5618—5631.Макаров И. М., Лохин В. М., Манько С. В. и др. Технологии обработки знаний в задачах управления автономными мехатронно-модульными реконфигурируемыми роботами // Приложение к журналу Информационные технологии. 2010. № 8. 32 с.Makarov I. M., Lokhin V. M., Manko S. V. et al. The Knowledge Processing Technologies in an Autonomous Modular Mechatronic Configurable Robot’s Control System, Information Technologies magazine supplement, 2010, no. 8, 32 p. (in Russian).Saab W., Racioppo P., Ben-Tzvi P. A review of coupling mechanism designs for modular reconfigurable robots // Robotica. 2019. Vol. 37, N. 2. P. 378—403.Saab W., Racioppo P., Ben-Tzvi P. A review of coupling mechanism designs for modular reconfigurable robots, Robotica, 2019, vol. 37, no. 2, pp. 378—403.Yoshida E., Murata S., Kamimura A., Tomita K. SelfReconfigurable Modular Robots-Hardware and Software Development in AIST // Proc. of the IEEE International Conference on Robotics, Intelligent Systems and Signal Processing. Hunan, China (2003). P. 339—346.Yoshida E., Murata S., Kamimura A., Tomita K. SelfReconfigurable Modular Robots-Hardware and Software Development in AIST, Proc. of the IEEE International Conference on Robotics, Intelligent Systems and Signal Processing, Hunan, China (2003), pp. 339—346.Wei H., Li D., Tan J., Wang T. The Distributed Control and Experiments of Directional Self-Assembly for Modular Swarm Robots // Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Taipei. Taiwan, 2010. P. 4169—4174.Wei H., Li D., Tan J., Wang T. The Distributed Control and Experiments of Directional Self-Assembly for Modular Swarm Robots, Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Taipei, Taiwan, 2010, pp. 4169—4174.Fitch R., McAllister R. Hierarchical Planning for Selfreconfiguring Robots Using Module Kinematics // Distributed autonomous robotic systems — the 10th international symposium. DARS 2010. Lausanne, Switzerland, November 1—3. 2010. Vol. 83. Springer Tracts in Advanced Robotics. Springer, Berlin. P. 477—490.Fitch R., McAllister R. Hierarchical Planning for Selfreconfiguring Robots Using Module Kinematics, Distributed autonomous robotic systems — the 10th international symposium, DARS 2010, Lausanne, Switzerland, November 1—3, 2010, vol. 83 of Springer Tracts in Advanced Robotics, Springer, Berlin, pp. 477—490.Fitch R., Rus D., Vona M. A basis for self-repair robots using self-reconfiguring crystal modules // Intell. Auton. Syst. 2000. Vol. 6. P. 903—910.Fitch R., Rus D., Vona M. A basis for self-repair robots using self-reconfiguring crystal modules, Intell. Auton. Syst., 2000, vol. 6, pp. 903—910.Yoshida E., Murata S., Kamimura A., Tomita K., Kurokawa H., Kokaji S. Evolutionary Motion Synthesis for a Modular Robot using Genetic Algorithm // Journal of Robotics and Mechatronics. 2003. Vol. 15, N. 2. P. 227—237.Yoshida E., Murata S., Kamimura A., Tomita K., Kurokawa H., Kokaji S. Evolutionary Motion Synthesis for a Modular Robot using Genetic Algorithm, Journal of Robotics and Mechatronics, 2003, vol. 15, no. 2, pp. 227—237.Манько С. В., Шестаков Е. И. Автоматический синтез сценариев походки реконфигурируемых мехатронно-модульных роботов в модификации шагающей платформы // Российский технологический журнал. 2018. Т. 6, № 4. С. 26—41.Manko S. V., Shestakov E. I. Automatic synthesis of gait scenarios for reconfigurable mechatronic modular robots in the modification of the walking platform, Russian Technological Journal, 2018, vol. 6, no. 4, pp. 26—41 (in Russian).Kuo V., Fitch R. C. Scalable multi-radio communication in modular robots // Robotics Auton. Syst. 2014. Vol. 62. P. 1034—1046.Kuo V., Fitch R. C. Scalable multi-radio communication in modular robots, Robotics Auton. Syst., 2014, vol. 62, pp. 1034—1046.Möckel R., Jaquier C., Drapel K., Dittrich E., Upegui A., Ijspeert A. J. YaMoR and Bluemove — An Autonomous Modular Robot with Bluetooth Interface for Exploring Adaptive Locomotion // Proc. 8th International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR 2005). P. 685—692.Möckel R., Jaquier C., Drapel K., Dittrich E., Upegui A., Ijspeert A. J. YaMoR and Bluemove — An Autonomous Modular Robot with Bluetooth Interface for Exploring Adaptive Locomotion, Proc. 8th International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR 2005), 2005, pp. 685—692.Shirmohammadi B., Yim M., Sastra J., Park M., Tayler C. J. Using Smart Cameras to Localize Self-Assembling Modular Robots // Proc. ACM/IEEE International Conference on Distributed Smart Cameras. 2007. Vienna, Austria, P. 76—80.Shirmohammadi B., Yim M., Sastra J., Park M., Tayler C. J. Using Smart Cameras to Localize Self-Assembling Modular Robots, Proc. ACM/IEEE International Conference on Distributed Smart Cameras, 2007, Vienna, Austria, pp. 76—80.Parrott C. A Hybrid and Extendable Self-Reconfigurable Modular Robotic System. PhD thesis, University of Sheffield, 2016. 168 p.Parrott C. A Hybrid and Extendable Self-Reconfigurable Modular Robotic System. PhD thesis, University of Sheffield, 2016. 168 p.

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