Роботи та робототехніка: Дайджест Університету ІТМО



Широке використання роботів у всіх сферах науки і повсякденному житті привертає увагу учених зі всього світу. Зокрема, співробітники Університету ІТМО, недавно став одним з лидеров Проекту 5-100, відомі науковими досягненнями в цій області. У цьому дайджесті – статті про останніх дослідженнях і розробках у сфері робототехніки, опубліковані в журналах Університету ІТМО, починаючи від стабілізації двоногих роботів і закінчуючи впровадженням технології доповненої реальності в пілотовані космічні комплекси.

2011

Програмно-апаратний комплекс для дослідження автоматного управління мобільними роботами
(С. А. Алексєєв, В. О. Клебан, А. А. Шалыто)

Ця робота являє собою короткий опис комплексу, що складається з мобільного робота на платформі Arduino, системи управління для проектування кінцевих автоматів та протоколу для зв'язку контролерів реального та віртуального роботів. Модель спроектована робота в САПР Solidworks, і з нею можна працювати в середовищі емуляції Webots. Стаття буде корисна початківцям і досвідченим розробникам, яким цікаво застосування автоматного підходу до управління роботами.




Алгоритм керування автономним двоколісним мобільним роботом «Мотобот»
(А. А. Бобцов А. С. Боргуль, К. А. Зименко, А. А. Пыркин)

Актуальним останнім часом стає вирішення завдань, пов'язаних з рухом автономних мотоциклів, які здатні пересуватися практично по будь-якій місцевості. У цій роботі проведено аналіз математичної моделі руху автономного робота «Мотобот», що представляє собою мініатюрний двоколісний мотоцикл. Також у ній показано, як стабілізувати вертикальне положення цього робота і реалізувати дистанційне керування.




Технологія Lego Mindstorms NXT у навчанні студентів основ адаптивного управління
(А. А. Бобцов, Ю. А. Капітанюк, А. А. Капітонов, С. А. Колюбин, А. А. Пыркин, С. А. Чепінський, С. В. Шаветов)

Сучасна молодь, як правило, не уявляє, де можуть знадобитися знання з математики, фізики та інформатики. Автори цієї статті пропонують освітню технологію, в рамках якої студенти повинні зібрати робота з конструктора Lego Mindstorms NXT і, знаючи закони адаптивного управління, запрограмувати контролер, змушує робота пересуватися і обходити перешкоди. У статті наведено чотири прикладу лабораторних робіт, які підвищать інтерес учнів до теорії управління.




Аналіз ефективності використання GPU для автоматичного синтезу системи керування мобільним роботом
(А. А. Сергеєв, В. О. Клебан, А. А. Шалыто)

На сьогоднішній день відомо безліч методів синтезу систем автоматичного управління (САУ). Автори статті вперше вирішують завдання синтезу САУ мобільного робота з допомогою генетичних алгоритмів (ГА). Для експерименту була обрана завдання «Сумо роботів». В роботі наводиться модель САУ робота-сумоїста і порівнюється ефективність різних ГА.



2012

Дослідження п'єзоелектричних актюаторов мікроробота
(П. Ю. Гедько, А. Б. Смирнов, С. В. Пугачов, О. Ю. Ритов)

В робототехніці все більшу актуальність набувають мініатюрні виконавчі пристрої через економію матеріалів, а також надійності і точності виконуваних ними операцій. Автори статті розглядали рух мікроробота зі сферичним шарніром, який складається з кульки і трубчастого актюатора. Вивчивши особливості виготовлення таких актюаторов, автори довели ефективність технології ультразвукового формоутворення.




Безпілотні літальні апарати в лісопромисловому комплексі: можливості нових технологій
(С. П. Присяжнюк)

Одним з пріоритетних напрямків у приладобудуванні є розробка безпілотних літальних апаратів (БПЛА). У сфері лісової промисловості БПЛА, що збирають фото — та відеоінформацію, дозволяють вирішувати завдання, пов'язані з охороною лісу, запобіганням пожежам і пошуком зниклих. У статті детально описано, які проблеми може вирішити впровадження БПЛА в роботу лісопромислового комплексу і в чому основні переваги використання цих пристроїв.




Оптико-електронний пристрій автоматичної посадки автономного літаючого робота
(В. О. Іванов)

Велика кількість авіакатастроф виникає із-за неправильної посадки літального апарату (ЛА). Автоматизація процесу посадки актуальна і разом з тим складна в реалізації. В якості можливого рішення пропонується використовувати бортові телекамери, які відіграють роль датчиків навігації малогабаритними автономними БПЛА. Автор наводить результати експерименту з макетом поворотної камери, а також оцінку похибок розробленого пристрою.




Особливості розробки користувальницького інтерфейсу мобільного інформаційного робота
(М. В. Прищепа, К. Ю. Баранов)

Багато організації шукають нові способи автоматизації процесів передачі і отримання інформації. Актуальним у цьому плані є створення мобільного робота, здатного обробляти, озвучувати і виводити на екран потрібні користувачу дані. У цій статті наводяться особливості людського сприйняття, на підставі яких пропонується розробка інформаційного робота. Також показано, як цей робот можна використовувати для надання послуг в торговому центрі та інших установах.



2013

Алгоритм управління рухом мобільного колісного робота в задачі стеження за экзосистемой
(Р. В. Базік, А. В. Лямін, А. В. Петрик)

Важливим завданням робототехніки є стеження за рухомим об'єктом, параметри руху якого невідомі. Рішенням цієї проблеми може стати побудова системи-спостерігача, здатної оцінити стан об'єкта. В роботі наводиться математична модель колісного робота, на основі якої будуються закони управління в динамічно мінливому оточенні.




Аналіз впливу вітрових збурень на систему стабілізації курсу літальних апаратів
(Ст. Ст. Григор'єв, А. Б. Бушуєв, А. Н. Коровьяков, Ю. В. Литвинов)

Системи автоматичного управління ЛА піддаються впливу великої кількості випадкових збурень, облік яких вимагає громіздких обчислень. Для спрощення обчислень в роботі вводиться скалярна характеристика системи – об'єм еліпсоїда правдоподібності. З плином часу характер зміни цього значення буде визначати динамічні властивості системи стабілізації курсу ЛА.




Синтез системи управління квадрокоптером з використанням спрощеної математичної моделі
(А. А. Пыркин, Т. А. Мальцева, Д. В. Лабадин, М. О. Суворий, А. А. Бобцов)

У процесі стабілізації БПЛА виникає багато труднощів, однією з яких є складність обчислень. В роботі досліджується задача синтезу алгоритму управління мультироторным ЛА з метою його стабілізації в просторі. Автори пропонують розкласти складну динамічну систему на більш прості незалежні компоненти, щоб спростити аналіз замкнутої системи.



2014 р.

Вдосконалення Police Office Model для забезпечення безпеки ройових робототехнічних систем
(В. А. Зикратов, А. В. Гуртів, Т. В. Зикратова, Е. В. Козлова)

Police Office Model – це модель забезпечення інформаційної безпеки особливими структурами, які носять назву поліцейських ділянок. В рамках цієї роботи був розроблений захисний механізм на базі POM, який здатний виявляти і нейтралізовувати інформаційні атаки. Також в середовищі V-REP був проведений чисельний експеримент з використанням мурашиного алгоритму для захисту роя роботів.




Побудова моделі довіри і репутації до об'єктів мультиагентних робототехнічних систем з децентралізованим управлінням
(В. А. Зикратов, Т. В. Зикратова, В. С. Лебедєв, А. В. Гуртів)

Мультиагентні робототехнічні системи мають ряд недоліків – децентралізоване управління, непередбачуваність і віддаленість розташування агентів – які роблять її вразливою для атак роботів-диверсантів. В роботі розглянуті методи «м'якої» захисту з метою виявлення і нейтралізації роботів, що знижують ефективність системи. У запропонованій моделі вводяться поняття довіри і репутації, які допомагають обчислити роботів-диверсантів.




Архітектура системи віддаленого керування робототехнічними об'єктами
(C. Ст. Шаветов, А. А. Ведяков, А. А. Пыркин)

Зростання числа хмарних сервісів сьогодні дозволяє управляти практично будь-яким пристроєм, що має вихід в Інтернет. У статті описана розроблена архітектура, яка керувала роботами Lego Mindstorms TXT і Parallax Boe-Bot. Автори статті вирішували дві задачі – передачі даних між об'єктом і користувачем та моніторингу стану віддаленого об'єкта. В результаті була розроблена універсальна архітектура віддаленого управління, яка не залежить від об'єкта управління і працює без тривалих затримок.




Адаптивне управління двухзвенних роботом-маніпулятором на базі методу послідовного компенсатора
(А. А. Маргун, К. А. Зименко, Д. Н. Базылев, А. А. Бобцов А. С. Кремльов)

Досить важливим є питання про спосіб управління роботом-маніпулятором, так як від нього багато в чому залежить якість всієї системи управління. Деякі з методів управління враховують такі особливості системи, як нестаціонарність її параметрів і зовнішні збурення. Описаний у статті адаптивний метод простий у реалізації, і результати моделювання вказують на його ефективність.




Система керування безпілотним літальним апаратом, оснащеним робототехническим маніпулятором
(А. А. Маргун, К. А. Зименко, Д. Н. Базылев, А. А. Бобцов А. С. Кремльов, Д. Д. Ібраєв, М. Чех)

Інтерес до БПЛА, здатним переносити будівельні блоки або протягувати кабель, останнім часом помітно зріс, однак кількість досліджень в області стабілізації та керування цими пристроями залишається невисоким. У цій роботі пропонується метод управління комбінованим роботом, що складається з квадрокоптера та прикріпленої до нього роботизованої руки-маніпулятора. Крім того, в ній вирішена задача синтезу системи управління безпілотником, в якій компенсується реактивний момент, створюваний маніпулятором.




Завдання планування дій інформаційного безпілотного літального апарату
(Л. М. Неугоднікова)

Серед безлічі підходів до управління групами БПЛА автори не знайшли жодного, який враховував би різнорідність безпілотників у групі, в той час як БПЛА в сучасних авіаційних системах можуть виконувати абсолютно різні завдання. Для підвищення ефективності таких систем пропонується враховувати особливості управління окремими її членами. У запропонованій статті ставиться завдання управління траєкторією польоту БПЛА, що виконує фотозйомку певній галузі.



2015 р.

Способи стабілізації двоногих роботів в положенні стоячи на рухомій опорі
(Д. Н. Базылев, А. А. Пыркин, А. А. Маргун, К. А. Зименко, А. С. Кремльов, Д. Д. Ібраєв, М. Чех)

Велика кількість наукових досліджень і розробок присвячено крокуючим роботам, і сьогодні багато чули про ASIMO і BigDog. На відміну від минулих робіт, автори розглядають задачу стабілізації робота, що переміщається по поверхні зі змінними кутом нахилу і кутовою швидкістю. У статті описані два способи вирішення завдання: у першому будуються кінематичні і динамічні моделі робота, у другому – тільки кінематична. Результати вказують на ефективність кожного з цих способів при певних умовах.




Алгоритми управління літаючим роботом при стеженні за рухомим об'єктом
(Буй Ван Шон, А. Б. Бушуєв, Р. М. Шмигельський, Ю. В. Литвинов, Е. Р. Щаев)

Однією з областей застосування БПЛА є спостереження за об'єктами. Квадрокоптеры ідеально підходять для вирішення завдань з цієї області завдяки своїй високій маневреності і низькою собівартістю. В рамках цієї роботи було розроблено ряд алгоритмів для аналізу зображень, одержуваних фронтальною камерою, яка кріпиться до квадрокоптеру. Порівняння знімків, зроблених в різних точках польоту, дозволяє реалізувати метод стереоскопічного зору, за допомогою якого можна виміряти відстань від БПЛА до об'єкта.




Інженерно-психологічний аналіз технологій доповненої реальності для візуальної підтримки дистанційного керування роботом маніпулятором
(Ст. М. Вусів, Ф. М. Кулаков, Б. В. Крючков, С. Е. Чернакова, А. А. Карпов)

Чимало досліджень проведено на стику областей робототехніки та космонавтики. Незважаючи на це, актуальними завданнями, на думку авторів, є пошук оптимального керування антропоморфним роботом на відстані і організація інформаційної підтримки у процесі взаємодії з віддаленим роботом. У статті пропонується провести інженерно-психологічний експеримент, в якому взаємодія людини-оператора з маніпулятором буде супроводжуватися використанням технології доповненої реальності і методу «навчання показом руху».




Математичний опис роботи гідродинамічного стенду з системою підтримки тиску, що містить розвантажений клапан
(А. В. Красильников)

Досягнення в галузі робототехніки також допомагають вирішувати завдання освоєння Світового океану. Для створення пускових систем, в яких використовуються підводні роботи, і проведення з їх допомогою експериментів потрібне спеціальне обладнання, зване гідродинамічним стендом (ГДС). Проблема в тому, що при запуску робота в камеру стенду тиск в ній підвищується, і це часто заважає точно визначити характеристики пускового механізму. Для стабілізації тиску в ГДС автор статті пропонує включити в нього розвантажений клапан і призводить математичний опис своєї розробки в цій статті.




Прототип алгоритму посадки безпілотного літального апарату в умовах складного рельєфу
(Лей Чжао А. С. Конєв, А. Р. Кишень)

Одна із задач, яку покликані вирішити БПЛА в цілому і мультикоптеры зокрема – аналіз і зйомка гірській місцевості, в яку не може потрапити людина. В рамках цієї статті був розроблений прототип алгоритму, який аналізує місцевість і вибирає оптимальну траєкторію посадки БПЛА в аварійній ситуації. Цей алгоритм був записаний на борт мультикоптера і протестований в умовах гірського рельєфу.




Робастная система динамічного позиціонування для роботизованого макета надводного судна
(С. М. Власов, О. В. Борисов, В. С. Громов, А. А. Пыркин, А. А. Бобцов)

В цілях економії коштів і зниження ризику поломки фізичної судна автори статті пропонують проводити експерименти на спеціальній робототехнічної установки, оснащеної системою технічного зору. На одній з таких установок ними була апробована система динамічного позиціонування. Крім результатів цього експерименту, у статті також наведено математичний опис руху роботизованого макета.




Управління квадрокоптером з компенсацією вітрових збурень
(В. В. Петраневский, О. В. Борисов, В. С. Громов, А. А. Пыркин)

У статті описано розкладання математичної моделі БПЛА, а також проведено синтез регулятора для управління цією моделлю. Завдяки методу послідовного компенсатора, вітровими збуреннями, які в цій роботі приймаються за невідомі константи, можна знехтувати.




P. S. Якщо наш дайджест виявився для вас корисним, підписуйтесь на наш блог на Хабре. Це найкращий спосіб підтримати нас у роботі щодо його наповнення цікавими матеріалами, друзі :)
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.