novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.19.529-535novtexmech-500Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSСовместная работа двух мобильных роботов при автоматическом выполнении манипуляционных операцийJoint Work of Two Mobile Robots at the Automatic Execution of Manipulation OperationsФиларетовВ. Ф.FilaretovV. F.

д-р техн. наук, проф., зав. лабораторией

filaretov@inbox.ruКацуринА. А.KatsurinA. A.

канд. техн. наук, ст. науч. сотр.

Ph. D., Senior staff scientist, Institute of Automation and Control Processes FEB RAS;Associate Professor

katsurin@mail.ruИнститут автоматики и процессов управления ДВО РАН; Дальневосточный федеральный университетРоссияInstitute of Automation and Control Processes FEB RAS; Far Eastern Federal UniversityRussian Federation201810102018198529535Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20182018Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/500

В настоящее время манипуляционные мобильные роботы (МР) активно используются при проведении работ в труднодоступных или опасных для человека местах. Однако в процессе их индивидуальной работы могут возникать ситуации, когда используемые ими системы технического зрения (СТЗ) не позволяют полностью или частично наблюдать объекты работ. В этом случае дополнительно могут использоваться вспомогательные малогабаритные и высокоманевренные МР, также оснащенные СТЗ. Но применение вспомогательных МР неизбежно приводит к появлению погрешностей при определении положений объектов работ в системе координат основного манипуляционного МР. Поэтому возникает необходимость создания новых подходов и методов согласованного управления несколькими МР и точного определения их взаимного расположения для выполнения заданных манипуляционных операций в полностью автоматическом режиме.В статье рассмотрены метод и алгоритм автоматического выполнения манипуляционных операций в процессе совместной работы двух МР. Первый из них (основной) оборудован манипулятором и СТЗ, а второй (вспомогательный и более маневренный) — только СТЗ. Предложенная система управления позволяет точно выполнять манипуляционные операции с различными объектами в экстремальных условиях, даже если объект работ находится вне зоны видимости СТЗ первого робота. При этом пространственные положения и ориентации объектов работ определяются и (при необходимости) корректируются с помощью СТЗ вспомогательного робота и передаются по каналам связи в управляющую систему основного робота, привязываясь уже к его системе координат. Разработанная система позволяет определить, а затем и компенсировать с помощью СТЗ не только погрешности определения координат объектов работ, но и погрешности работы навигационных систем обоих МР за счет выполнения пробных (тестовых) движений рабочего органа манипулятора. Результаты математического моделирования полностью подтвердили работоспособность и эффективность предложенного подхода к совместной работе двух МР в автоматическом режиме.

At present, manipulative mobile robots (MR) are actively used in work in hard-to-reach or dangerous places for human beings. However, in the process of their individual work, situations may arise where their vision systems (VS) do not allow to observe the work objects fully or partially. In this case, auxiliary compact and highly maneuverable MR, also equipped with VS, can additionally be used. But the use of auxiliary MR inevitably leads to the appearance of errors in determining the positions of objects of work in the coordinate system of the main manipulative MR. Therefore, there is a need to create new approaches and methods for the coordinated control of several MRs and accurate determination of their relative positions for performing specified manipulation operations in a fully automatic mode.The paper considers the method and algorithm for automatic execution of manipulation operations in the process of joint work of two MRs. The first of them (the main one) is equipped with a manipulator and VS, and the second one (auxiliary and more maneuverable) — only VS. The proposed control system allows to accurately perform manipulation operations with various objects in extreme conditions, even if the object of work is out of sight of the VS of the first robot. In this case, the spatial positions and orientations of the objects of work are determined and (if necessary) are corrected using the VS of the auxiliary robot and transmitted through the communication channels to the control system of the main robot, already being attached to its coordinate system. The developed system allows to determine and then compensate using VS not only the errors in determining the coordinates of work objects, but also the errors in the operation of the navigation systems of both MRs by performing trial (test) movements of the manipulator’s working tool. The results of mathematical modeling fully confirmed the operability and effectiveness of the proposed approach to the joint operation of two MRs in the automatic mode.

мобильный роботгрупповое управлениесистема управленияманипуляторподвижная телекамераmobile robotmulti-robot systemcontrol systemmanipulatormobile cameraReferencesAndreev V. P., Pryanichnikov V. E. Operation Environment of Mobile Robots with Supervision Control // Annals of DAAAM for 2011 & Proceedings of the 22nd International DAAAM Symposium. Vienna, Austria. 2011. Volume 22, No. 1. P. 0021—0022.Andreev V. P., Pryanichnikov V. E. Operation Environment of Mobile Robots with Supervision Control, Annals of DAAAM for 2011 & Proceedings of the 22nd International DAAAM Symposium. Vienna, Austria, 2011, vol. 22, no. 1, pp. 0021—0022.Cetin L., Baser O., Keskin O., Uyar E. Vision Based Control Algorithm for a Mobile Manipulator //Annals of DAAAM for 2011 & Proceedings of the 22nd International DAAAM Symposium. Vienna, Austria. 2011. Volume 22, No. 1. P. 0449—0450.Cetin L., Baser O., Keskin O., Uyar E. Vision Based Control Algorithm for a Mobile Manipulator, Annals of DAAAM for 2011 & Proceedings of the 22nd International DAAAM Symposium. Vienna, Austria, 2011, vol. 22, no. 1, pp. 0449—0450.Changhwan C., Yongchil S., Seungho J., Seungho K. TeleOperated Fuel Handling Machine Manipulation Robot for the Nuclear Power Plants // Proc. CD-ROM of the 6th Asian Control Conf. Bali, Indonesia. 2006. P. 983—987.Changhwan C., Yongchil S., Seungho J., Seungho K. Tele-Operated Fuel Handling Machine Manipulation Robot for the Nuclear Power Plants, Proc. CD-ROM of the 6th Asian Control Conf. Bali, Indonesia, 2006, pp. 983—987.Lee D., Spong M. W. Passive bilateral control of teleoperators under constant time-delay // Proc. 16 IFAC World Congress. Prague, Czech Rep. 2005. File 03009.pdf (CD-ROM). P. 1—6.Lee D., Spong M. W. Passive bilateral control of teleoperators under constant time-delay, Proc. 16 IFAC World Congress. Prague, Czech Rep., 2005, File 03009.pdf (CD-ROM), pp. 1—6.Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А. Метод формирования гладких траекторий движения мобильных роботов в неизвестном заранее окружении // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2017. No 4. С. 174—184.Filaretov V. F., Yukhimets D. A. Planning smooth paths for mobile robots in an unknown environment, Journal of Computer and Systems Sciences International, 2017, vol. 56, no. 4, pp. 738—748.Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А., Мурсалимов Э. Ш. Информационно-управляющая система для мобильных роботов // Автометрия. 2015. Т. 51. No 5. С. 92—100.Filaretov V. F., Yukhimets D. A., Mursalimov E. Sh. Informacionno-upravljajushhaja sistema dlja mobil’nyh robotov (Information-control system for mobile robots), Avtometrija, 2015, vol. 51, no. 5, pp. 92—100 (in Russian).Katsurin Alexey. System of Telecontrol by the Mobile Robot with Movable Camera // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 643. P. 9—14.Katsurin Alexey. System of Telecontrol by the Mobile Robot with Movable Camera, Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 643. pp. 9—14.Филаретов В. Ф., Кацурин А. А., Пугачев Ю. А. Метод полуавтоматического комбинированного управления манипулятором с помощью подвижной телекамеры // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. No 2. С. 38—45.Filaretov V. F., Katsurin A. A., Pugachev Yu. A. Metod poluavtomaticheskogo kombinirovannogo upravlenija manipuljatorom s pomoshh’ju podvizhnoj telekamery (A method of semi-automatic combined control of a manipulator with the help of a mobile camera), Mehatronika, avtomatizacija, upravlenie, 2009, no. 2, pp. 38—45 (in Russian).Филаретов В. Ф., Кацурин А. А. Метод полуавтоматического позиционного управления манипулятором с помощью телекамеры, изменяющей пространственную ориентацию своей оптической оси // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. No 9. С. 15—22.Filaretov V. F., Katsurin A. A. Metod poluavtomaticheskogo pozicionnogo upravlenija manipuljatorom s pomoshh’ju telekamery, izmenjajushhej prostranstvennuju orientaciju svoej opticheskoj osi (Method of semi-automatic position control of a manipulator with the help of a camera that changes the spatial orientation of its optical axis), Mehatronika, avtomatizacija, upravlenie, 2008, no. 9. pp. 15—22 (in Russian).Fernando J. Mendiburu, Marcos R. A. Morais, Antonio M. N. Lima. Behavior coordination in multi-robot systems // Proc. of 2016 IEEE International Conference on Automatica (ICA-ACCA). 2016. P. 1—7.Fernando J. Mendiburu, Marcos R. A. Morais, Antonio M. N. Lima. Behavior coordination in multi-robot systems, Proc. of 2016 IEEE International Conference on Automatica (ICA-ACCA), 2016, pp. 1—7.Xiao Yu, Lu Liu, Gang Feng. Distributed circular formation control of multi-robot systems with directed communication topology // Proc. of 2016 35th Chinese Control Conference (CCC). 2016. P. 8014—8019.Xiao Yu., Lu Liu, Gang Feng. Distributed circular formation control of multi-robot systems with directed communication topology, Proc. of 2016 35th Chinese Control Conference (CCC), 2016, pp. 8014—8019.Francesco Riccio, Emanuele Borzi, Guglielmo Gemignani, Daniele Nardi. Multi-robot search for a moving target: Integrating world modeling, task assignment and context // Proc. of 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2016. P. 1879—1886.Francesco Riccio, Emanuele Borzi, Guglielmo Gemignani, Daniele Nardi. Multi-robot search for a moving target: Integrating world modeling, task assignment and context, Proc. of 2016 IEEE/ RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2016, pp. 1879—1886.Abraham P. Vinod, Yuqing Tang, Meeko M. K. Oishi, Katia Sycara, Christian Lebiere, Michael Lewis. Validation of cognitive models for collaborative hybrid systems with discrete human input // Proc. of 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2016. P. 3339—3346.Abraham P. Vinod, Yuqing Tang, Meeko M. K. Oishi, Katia Sycara, Christian Lebiere, Michael Lewis. Validation of cognitive models for collaborative hybrid systems with discrete human input, Proc. of 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2016, pp. 3339—3346.Меркулов В. И. Синтез согласованного управления группой объектов // Динамика сложных систем — XXI век. 2016. Т. 10. No 2. С. 23—27.Merkulov V. I. Sintez soglasovannogo upravlenija gruppoj ob’ektov (Synthesis of coordinated control of a group of objects), Dinamika slozhnyh sistem — XXI vek, 2016, vol. 10, no. 2, pp. 23—27 (in Russian).Abel Garcia Barrientos, Joel Lara Lopez, Eduardo Steed Espinoza, Jose Hoyo, Guillermo Valencia Palomo. Object Transportation Using a Cooperative Mobile Multi-Robot System // IEEE Latin America Transactions. 2016. Vol. 14, Issue 3. P. 1184—1191.Abel Garcia Barrientos, Joel Lara Lopez, Eduardo Steed Espinoza, Jose Hoyo, Guillermo Valencia Palomo. Object Transportation Using a Cooperative Mobile Multi-Robot System, IEEE Latin America Transactions, 2016, vol. 14, no. 3. pp. 1184—1191.Градецкий В. Г., Ермолов И. Л., Князьков М. М., Семенов Е. А., Собольников С. А., Суханов А. Н. О научных задачах выполнения транспортных операций группой мобильных роботов // Экстремальная робототехника. 2016. No 1. С. 25—30.Gradetsky V. G., Ermolov I. L., Knyazkov M. M., Semenov E. A., Sobolnikov S. A., Sukhanov A. N. O nauchnyh zadachah vypolnenija transportnyh operacij gruppoj mobil’nyh robotov (On the scientific tasks of performing transport operations by a group of mobile robots), Jekstremal’naja robototehnika, 2016, no. 1, pp. 25—30 (in Russian).Филаретов В. Ф., Коноплин А. Ю., Коноплин Н. Ю. Система для автоматического выполнения манипуляционных операций с помощью подводного робота // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18. No 8. С. 543—549.Filaretov V. F., Konoplin A. Yu., Konoplin N. Yu. Sistema dlja avtomaticheskogo vypolnenija manipuljacionnyh operacij s pomoshh’ju podvodnogo robota (A system for automatically performing manipulation operations with an underwater robot), Mehatronika, avtomatizacija, upravlenie, 2017, vol. 18, no. 8, pp. 543—549 (in Russian).Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А., Коноплин А. Ю. Метод синтеза системы автоматического управления режимом движения схвата манипулятора по сложным пространственным траекториям // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. No 6. С. 47—54.Filaretov V. F., Yukhimets D. A., Konoplin A. Yu. Metod sinteza sistemy avtomaticheskogo upravlenija rezhimom dvizhenija shvata manipuljatora po slozhnym prostranstvennym traektorijam (The method of synthesis of the automatic control system for the movement mode of the manipulator grip on complex spatial trajectories), Mehatronika, avtomatizacija, upravlenie, 2012, no. 6, pp. 47—54 (in Russian).Зенкевич С. Л., Ющенко А. С. Основы управления манипуляционными роботами. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 480 с.Zenkevich S. L., Yushchenko A. S. Osnovy upravlenija manipuljacionnymi robotami (Fundamentals of manipulation robots), Moscow, BMSTU, 2004, 480 p. (in Russian).Vladimir Filaretov, Alexey Katsurin, Chyi-Yeu Lin. System of Telecontrol by Manipulators for Automatic Grasp of Objects // Proc. of 2011 International Conference on Intelligent Computing and Control (ICOICC 2011). Bangkok, Thailand. May 27—28, 2011. P. 1—4.Vladimir Filaretov, Alexey Katsurin, Chyi-Yeu Lin. System of Telecontrol by Manipulators for Automatic Grasp of Objects, Proc. of 2011 International Conference on Intelligent Computing and Control (ICOICC 2011). Bangkok, Thailand. May 27—28, 2011, pp. 1—4.

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