Многоуровневая система управления интеллектуальным роботом, входящим в состав группы

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.

1. Каляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физматлит, 2009.

2. Михайлов Б. Б., Назарова А. В., Ющенко А. С. Автономные мобильные роботы — навигация и управление // Известия ЮФУ. Технические науки. 2016. № 2. С. 48—67.

3. Белоглазов Д. А., Гайдук А. Р. Групповое управление подвижными объектами в неопределенных средах / Под ред. В. Х. Пшихопова. М.: Физматлит, 2015.

4. 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.

5. 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.

6. Назарова А. В., Рыжова Т. П. Система управления коллективом роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 4. С.45—50.

7. 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.

8. Parker L. Alliance: An Architecture for Fault Tolerant Multi-Robot Cooperation // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1998. Vol. 14(2). P. 220—240.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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. P. 020009-1—020009-7.