Алгоритмы интеллектуального управления реконфигурируемыми роботами в компоновке колеса и многоагентными системами на их основе

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. 

1. 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. 2007. Vol. 14. P. 43—52.

2. Ahmadzadeh H., Masehian E., Asadpour M. Modular robotic systems: Characteristics and applications // J. Intell. Robot. Syst. 2016. Vol. 81. P. 317—357.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Kuo V., Fitch R. C. Scalable multi-radio communication in modular robots // Robotics Auton. Syst. 2014. Vol. 62. P. 1034—1046.

13. 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.

14. 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.

15. Parrott C. A Hybrid and Extendable Self-Reconfigurable Modular Robotic System. PhD thesis, University of Sheffield, 2016. 168 p.