на главную POISK-IT
 СобытияО компанииПродукцияРешенияТехнологииКонтактыПубликации
poisk-it
На главную Публикации

Об опыте реализации механизмов централизованного и децентрализованного управления разнородной группировкой робототехнических комплексов

 1.      Потребность в групповом управлении

В настоящее время все большую актуальность получают распределенные мобильные робототехнические системы – группы (коллективы) мобильных роботов, совместно решающих общую задачу. Это связано с тем, что функциональные возможности отдельно взятого мобильного робота существенно ограничены его радиусом действия, энергоресурсом, набором выполняемых функций. Поэтому для решения сложных задач, таких как, например, масштабная разведка, распределенное наблюдение, выполнение различных сложных технологических операций и т.п., целесообразно использовать распределенные робототехнические системы, в состав которых входят роботы, обладающие различными функциональными возможностями. Преимущества группового применения роботов очевидны. Во-первых, это больший радиус действия, во-вторых, расширенный набор выполняемых функций, и, наконец, более высокая вероятность выполнения задания, достигаемая за счет возможности перераспределения задач между роботами группы в случае выхода из строя некоторых из них.

При построении распределенной робототехнической системы наиболее важной и сложной задачей является разработка системы управления группировкой в целом, способной решать задачи планирования действий роботов и целеуказания в соответствии с выбранной стратегией группового управления, а также задачи автодвижения, коммуникации, обработки полезной информации, получаемой роботами в процессе выполнения заданий.

В рамках доклада будут кратко представлены результаты работ, проведенных АО «Системы управления» совместно с НУЦ МВТУ им. Баумана, ЗАО НТЦ «Поиск-ИТ», PАО «Элвис», группой компаний «Эйр» по разработке технология создания программно-аппаратных комплексов централизованного и децентрализованного управления разнородной группировкой робототехнических комплексов.

2.      Области применения.

Назначение  комплекса управления робототехническими комплексами связано с геологической разведкой полезных ископаемых, распределенным мобильным мониторингом участков нефте- и газопроводов, зон затопления и очагов пожаров, транспортных потоков (вопросы логистики), руководством воинскими формированиями силовых министерств и ведомств РФ при подготовке и в ходе выполнения ими боевых и специальных задач, а также многими другими приложениями.

3.      Особенности группового управления

Эффективное управление современными и широко применяемыми в промышленной практике различных отраслей группировками робототехнических комплексов предполагает рациональное сочетание принципов  централизованного и децентрализованного управления в сочетании с внедрением в контуры управления элементов искусственного интеллекта.

Главная особенность создаваемой интеллектуальной системы управления движением и функционированием робототехнических комплексов заключается в возможности эффективно реализовать принцип «один оператор группа РТК».

4.      Краткая информация о результатах ОКР «Уникум»

Разработана базовая технология создания программного комплекса  централизованного и децентрализованного управления группировкой робототехнических комплексов.

В ходе выполнения ОКР решены задачи:

Опытный образец аппаратно-программного комплекса централизованного и децентрализованного управления группировкой робототехнических комплексов (АПК управления группировкой(УГ)) состоит из:

5.      Сущность технического решения

Способ (базовая технология) создания аппаратно-программного комплекса централизованного и децентрализованного управления группировкой робототехнических комплексов, основанный на итерационной процедуре, включающий процессы централизованного управления, заключающиеся в оптимальном распределении заданий разнородным робототехническим средствам на основе известных методов математического программирования, с доведением индивидуальных заданий до робототехнических средств мультисервисной системой связи и в реализации  процессов централизованного и децентрализованного управления робототехническими средствами на основе технологий мультиагентных систем с постоянным возобновлением итерационного цикла управления, обусловленного необходимостью перераспределения задач робототехническим средствам в связи с изменением обстановки, или по установленному регламенту возобновления цикла централизованного управления

Способ отличается от известных:

6.      Особенности функционирования

СПО «Уникум» предназначено для управления робототехническим комплексом (РТК), работающим в составе группировки, при использовании принципов централизованного и децентрализованного управления группировкой (рисунок 2).

СПО «Уникум» обеспечивает:

Разработанное СПО представляет собой модульный программный комплекс, входящий в состав системы управления группировкой РТК, и обеспечивает управление отдельным РТК при его применении в составе группировки. СПО поддерживает как централизованный, так и децентрализованный принцип управления группировкой РТК. Структура является многоуровневой иерархической и построена по модульному принципу.

Верхний уровень – это центр управления группировкой, который обеспечивает централизованное управление группой РТК. Центр управления определяет набор задач, которые необходимо решить, планирует действия каждого РТК и выдает целеуказания группировке. Кроме того, центр управления получает информацию от каждого РТК, обрабатывает ее и, таким образом, контролирует текущее состояние группировки в целом и каждого РТК в отдельности.

Второй уровень отвечает за децентрализованное управление группировкой РТК. Этот уровень в схеме «Менеджер-Агент» представлен модулем Агент, который на основе данных, получаемых от других РТК группировки, реализует алгоритмы децентрализованного управления. Модуль Агент не входит в состав разработанного СПО.

Разработанное СПО представляет третий уровень системы управления группировкой РТК. Данный модуль представляет собой связующее звено между бортовой системой управления автономного мобильного робота (АМР), входящего в состав РТК, центром управления группировкой и модулем децентрализованного управления Агент.

Нижний уровень системы управления группировкой – это бортовые системы управления автономных мобильных роботов, входящих в состав группировки. Бортовая СУ АМР обеспечивает автономное движение робота в заданную целевую точку рабочей зоны и управление специальным оборудованием, установленным на борту робота.

Для децентрализованного управления группой подвижных объектов используется подход лидер-ведомый. Каждый объект в группе определяет свое положение относительно лидера. Для исключения коллизий между объектами в группе и отталкивания от препятствий используется метод потенциальных функций. Для формирования управляющих воздействий на приводах отдельного объекта используется метод обратной линеаризации (Крутько П.Д.) и алгоритмы управления движением, разработанные в ИАиЭ СО РАН.

 

Руководитель управления АО «Системы управления», д.т.н., проф. В.М. Лазарев Научный руководитель робототехнического направления ЗАО «Интеллект» д. физ-мат.н., проф. А.А. Жданов Главный специалист по инновационным системам АО НТЦ «Поиск-ИТ», А.Е. Кушниренко

17.11.2016