Алгоритмы самореконфигурации робототехнических систем

Алгоритмы самореконфигурации робототехнических систем

Захаров Константин Станиславович
Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН (СПИИРАН), программист, 199178, Санкт-Петербург, 14-я линия В.О., д. 39, тел.: +7(931)363-58-96, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Ватаманюк Ирина Валерьевна
Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН (СПИИРАН), м.н.с., 199178, Санкт-Петербург, 14-я линия В.О., д. 39, тел.: +7(812)328-44-50, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Крестовников Константин Дмитриевич
Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН (СПИИРАН), м.н.с., 199178, Санкт-Петербург, 14-я линия В.О., д. 39, тел.: +7(812)328-44-50, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 17 сентября 2018 года.

Аннотация
Проведено исследование алгоритмов и концепций реконфигурации роботов цепного типа, а также разработаны алгоритмы планирования реконфигурации. По результатам анализа публикаций предложен подход к решению задачи реконфигурации, а именно декомпозиция общей задачи на две подзадачи: перемещение отдельных модулей в целевую точку сбора и управление полученным робототехническим комплексом. В рамках исследования рассматривалась только подзадача планирования реконфигурации. Для этого были разработаны три алгоритма: назначения целей, поиска оптимального пути и движения модуля робота. Такое сочетание алгоритмов позволило решить проблему перемещения модулей в пространстве и дальнейшего сопряжения друг с другом.

Ключевые слова
Модульные роботы, самореконфигурация, поиск пути, распределенное управление, реконфигурация роботов.

DOI
https://doi.org/10.31776/RTCJ.6407

Благодарности
Исследование выполнено при поддержке программы РАН I.29.

Индекс УДК 
004.896

Библиографическое описание 
Захаров К.С. Алгоритмы самореконфигурации робототехнических систем / К.С. Захаров, И.В. Ватаманюк, К.Д. Крестовников // Робототехника и техническая кибернетика. – №4(21). – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2018. – С. 48-59.

Литература

  1. Yim M. PolyBot: a Modular Reconfigurable Robot / M. Yim, D.G. Duff, K.D. Roufas // Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings. – 2000.
  2. Shen W.-M. Hormone-Inspired Adaptive Communication and Distributed Control for CONRO Self-Reconfigurable Robots / W.-M. Shen, B. Salemi, P.Will // IEEE Trans. on Robotics and Automation. – 2002. – Vol. 18(5) – Pp. 700-712.
  3. Murata S. M-TRAN: Self-Reconfigurable Modular Robotic System / S. Murata [et al] // IEEE/ASME Trans. Mech. – 2002. – Vol. 7(4). – Pp. 431-441.
  4. Dtto—Explorer Modular Robot. Hackaday [Electronic resource]. – 2016. – URL: https://hackaday.io/project/9976-dtto-explorer-modular-robot (дата обращения: 28.09.2018).
  5. Salemi B. SUPERBOT: A Deployable, Multi-Functional, and Modular Self-Reconfigurable Robotic System / B. Salemi, M. Moll, W.-M. Shen // IEEE/RSJ Intl. Conf. on Intelligent Robots and Systems. – 2006.
  6. Casal A. Reconfiguration planning for modular self-reconfigurable robots / A. Casal // Doctoral Dissertation. Stanford University. – 2002.
  7. Nelson C.A. An Algorithm for Efficient Self-Reconfiguration of Chain-Type Unit-Modular Robots / C.A. Nelson, R.J. Cipra // ASME 2004 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. – 2004. – Pp. 1283-1291.
  8. Kamimura A. Distributed Adaptive Locomotion by a Modular Robotic System, M-TRAN II / A. Kamimura [et al] // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). – 2004. – Pp. 2370-2377.
  9. Kamimura A. Automatic locomotion pattern generation for modular robots / A. Kamimura [et al] // 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation. –2003. – Pp. 714-720.
  10. Payne K. Sensor-Based Distributed Control for Chain-Typed Self- Reconfiguration / K. Payne [et al] // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). – 2004.
  11. Hou F. Distributed, Dynamic, and Autonomous Reconfiguration Planning for Chain-Type Self-Reconfigurable Robots / F. Hou, W.-M. Shen // IEEE International Conference on Robotics and Automation. – 2008.
  12. Liu J.G. Center-configuration selection technique for the reconfigurable modular robot / J.G. Liu [et al] // SCI CHINA SER F. – 2007.
  13. Madey G.R. Applying DDDAS Principles to Command, Control and Mission Planning for UAV Swarms / G.R. Madey [et al] // International Conference on Computational Science, ICCS. – 2012.
  14. Kotay K. Algorithms for self-reconfiguring molecule motion planning / K. Kotay, D.Rus // Proceedings of the 2000 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. – 2000.
  15. Rus D. Crystalline robots: Self-reconfiguration with compressible unit modules / D. Rus, M.Vona // M. Autonomous Robots. – 2001. – Vol 10(1). – Pp. 107-124.
  16. Fitch R. Reconfiguration planning among obstacles for heterogeneous self-reconfiguring robots / R. Fitch, Z. Butler, D. Rus // Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation. – 2005. – Pp. 117-124.
  17. Larkworthy T. An efficient algorithm for self-reconfiguration planning in a modular robot / T. Larkworthy, S. Ramamoorthy // Robotics and Automation (ICRA), 2010 IEEE International Conference on. – 2010. – Pp. 5139-5146.
  18. Kuhn H.W. The Hungarian method for the assignment problem / H.W. Kuhn. – 1955.
  19. Pamecha A. Useful metrics for modular robot motion planning / A. Pamecha, I. Ebert-Uphoff, G.S. Chirikjian // IEEE Transactions on Robotics and Automation. – 1997. –Vol. 13(4). – Pp. 531-545.
  20. Asadpour M. Graph signature for self-reconfiguration planning / M. Asadpour [et al] // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. – 2008.
  21. Asadpour M. Graph signature for self-reconfiguration planning of modules with symmetry / M. Asadpour// IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. – 2009.
  22. Ghallab M. Automated planning: theory & practice / M. Ghallab, D. Nau, P. Traverso // Morgan Kaufmann publishers is an imprint of Elsevier. – 2004.
  23. Nau D.S. SHOP2: An HTN planning system / D.S. Nau [et al] // Journal of Artificial Intelligence Research. – 2003. – Vol. 20. – Pp. 379-404.
  24. Bihlmaier A. Automated planning as a new approach for the self-reconfiguration of mobile modular robots / A. Bihlmaier, L. Winkler, H. Worn // 9th International Workshop on Robot Motion and Control. – 2013.
  25. Nourollah A. Minimum cost open chain reconfiguration / A. Nourollah, M. Razzazi // Discrete Applied Mathematics. – 2011. –Vol. 159(14). – Pp. 1418-1424.
  26. Kavraki L.E. Probabilistic roadmaps for path planning in high-dimensional configuration spaces / L.E. Kavraki [et al] // IEEE Transactions on Robotics and Automation. – 1996. –Vol. 12.( 4). – Pp. 566-580.
  27. Lavalle S.M. Rapidly-Exploring Random Trees A New Tool for Path Planning / S.M. Lavalle // Report No. TR 98-11, Computer Science Department, Iowa State University. – 1998.
  28. Jorgensen M.W. Modular ATRON: modules for a self-reconfigurable robot / M.W. Jorgensen, E.H. Ostergaard, H.H. Lund // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). – 2004.
  29. Brandt D. Comparison of A and RRT-Connect Motion Planning Techniques for Self-Reconfiguration Planning / D. Brandt // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. – 2006.
  30. Golestan K. A New Graph Signature Calculation Method Based on Power Centrality for Modular Robots / K. Golestan, M. Asadpour, H. Moradi // Distributed Autonomous Robotic Systems. Springer Tracts in Advanced Robotics. – 2010. – Vol. 83.
  31. Christensen D.J. Evolution of shape-changing and self-repairing control for the ATRON self-reconfigurable robot / D.J. Christensen // Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA. – 2006.
  32. Pamecha A. Useful metrics for modular robot motion planning / A. Pamecha, I. Ebert-Uphoff, G. Chirikjian // IEEE Transactions on Robotics and Automation – 1997. – Vol. 13.(4). – Pp. 531-545.
  33. Lal S. Emergent Motion Characteristics of a Modular Robot through Genetic Algorithm / S. Lal, K. Yamada, S. Endo // Advanced Intelligent Computing Theories and Applications. With Aspects of Artificial Intelligence. ICIC. – 2008. – Vol. 5227. – Pp. 225-234.
  34. Christensen D. J. Towards artificial ATRON animals: scalable anatomy for self-reconfigurable robots / D.J. Christensen, D. Brandt, K. Stoy // In: Robotics science and systems: workshop on modular self-reconfigurable systems. – 2006.
  35. Kamimura A. Automatic locomotion pattern generation for modular robots / A. Kаmimura [et al] // IEEE International Conference on Robotics and Automation. – 2003.

Полный текст статьи (pdf)

Адрес редакции:  Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21   Тел.: +7(812) 552-13-25 e-mail: zheleznyakov@rtc.ru 
 
 
vk2    tg2