Встроенная аналоговая автоматика для малоразмерных роботов

Одним из наиболее перспективных методов повышения эффективности управления является параллельный синтез команд группой вычислительных устройств. Однако задержки цифро-аналоговых преобразований и программной обработки, необходимость синхронизации вычислений, согласование передачи сигналов препятствуют достижению максимального быстродействия в распределенных системах. Проблемы могут решаться повышением мощности встроенных микропроцессоров. Это приводит к нежелательному увеличению конструктивной сложности, энергопотребления, габаритных размеров органов управления. Для миниатюризации встроенных систем управления в статье предлагается применить принципы неделимости физических процессов в технической системе и исполнения команд управления на основе функционального объединения агрегатов с аналоговыми логическими устройствами (агентами). Рассматривается обобщенная модель смены состояний технической системы, которая задает принципы включения или отключения групп агрегатов. Вводится понятие автомата троичной логики, определяющего порядок взаимодействия агрегатов во временной области. Выполнен синтез структурной схемы автомата. В математической модели автомата операции троичной логики получают конкретное физическое наполнение в виде ретроспективной обработки изменений состояний агрегатов. Показано, что автоматы троичной логики могут объединяться в разомкнутые и замкнутые цепочки, задавая аппаратные алгоритмы управления агрегатами роботов. Приведены схемы соединения автоматов, управляемые элементами асинхронной логики. При последовательном соединении автоматы управляют порядком включения и отключения агрегатов. Цепочки автоматов трехзначной логики могут быть сколь угодно длинными, определяя поведение системы в процессе ее функционирования. Благодаря отказу от программного управления такие автоматы могут работать в режиме реального времени, ограниченного только задержкой сигналов в логических элементах. Важным преимуществом предложенного технического решения является унификация системы управления автоматами. Простота исполнения устройств и отсутствие дополнительных надстроек позволяет встраивать такие схемы в органы управления микроминиатюрных роботов, снижая их массогабаритные параметры. Перспективными областями применения аналоговых автоматов являются микроэлектромеханические и микроэлектронные устройства. 

1. Shibu K. V. Introduction to Embedded Systems. Tata McGraw-Hill Education, 2009, 402 p.

2. Syzdykov E. K., Gainutdinova A. V., Krikun K. G. Development of control system algorithms for mini unmanned aerial vehicle of combined scheme-convertiplane, Russian Aeronautics, 2012, vol. 55, no. 2, pp. 199—202 (in Russia).

3. Michael Barr M., Massa A. J. Introduction. Programming embedded systems: with C and GNU development tools, O’Reilly Media, Inc., 2006, 336 p.

4. Oluwole O. Oyetoke Embedded Systems Engineering, the Future of Our Technology World; A Look Into the Design of Optimized Energy Metering Devices, International Journal of Recent Engineering Science (IJRES), December 2015 vol. 18, pp. 17—25.

5. Catsoulis J. Designing Embedded Hardware, Released May 2005, O’Reilly Media, Inc., 398 p.

6. Polikarpova N. I., Shalyto A. A. Automatic programming, St. Petersburg, 2008, 167 p. (in Russian).

7. Pandiankal Abhilash V. A Key to Program Microcontroller System, S Chand & Co Ltd, 2012, 332 p.

8. Pal A. Microcontrollers: Principles and Applications, PHI Learning Pvt. Ltd., 2012, 374 p.

9. Baek S., Bermudez F. G., Fearing R. Flight control for target seeking by 13 gram ornithopter, Intelligent Robots and Systems (IROS), 2011 IEEE/RSJ International Conference on, IEEE, 2011, pp. 2674—2681.

10. Vijay K., Nathan M. Opportunities and challenges with autonomous micro aerial vehicles, The International Journal of Robotics Research, 2012, vol. 31, no. 11, pp. 1279—1291.

11. Duhamel P.-E. J., Perez-Arancibia N. O., Barrows G. L., Wood R. J. Biologically inspired optical-flow sensing for altitude control of flapping-wing microrobots, Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on, 2013, vol. 18, no. 2, pp. 556—568.

12. De Wagter C., Tijmons S., Remes B. D., de Croon G. Autonomous flight of a 20-gram flapping wing mav with a 4-gram onboard stereo vision system, Robotics and Automation (ICRA), 2014 IEEE International Conference on, IEEE, 2014, pp. 4982—4987.

13. Helbling E. F., Fuller S. B., Wood R. J. Pitch and yaw control of a robotic insect using an onboard magnetometer, Robotics and Automation (ICRA), 2014 IEEE International Conferenceon, 2014, IEEE, pp. 5516—5522.

14. Harel D., Pnueli A. On the development of reactive systems / In "Logic and Models of Concurrent Systems", NATO Advanced Study Institute on Logic and Models for Verification and Specification of Concurrent Systems, Springer Verlag, 1985, pp. 477—498.

15. Vasyukevich V. O. Elements of asynchronous logic. Venjunction and sequence, 2009, 123p., avsilable at: http://asynlog. balticom.lv/Content/Files