Метод управления реконфигурируемым роем мобильных роботов с релейной связью для мониторинга площадных объектов

Метод управления реконфигурируемым роем мобильных роботов с релейной связью для мониторинга площадных объектов

Таранов Антон Юрьевич
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук» (ЮНЦ РАН), инженер лаборатории ИТ и ПУ Отдела физики, химии, информатики, 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, д. 41, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0009-0004-7337-8140

Родина Арина Алексеевна
ЮНЦ РАН, м.н.с. лаборатории ИТ и ПУ Отдела физики, химии, информатики, 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, д. 41, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-5934-9309

Материал поступил в редакцию 02 октября 2024 года.

Аннотация
В настоящей работе рассмотрена задача обработки площадных объектов (к которым, например, относятся земли сельскохозяйственного назначения, водоемы, лесные массивы, урбанизированные территории и прочие) при помощи использования мобильных автономных роботов. Целью авторов работы была разработка метода управления роем недорогих мобильных роботов для решения задач, связанных с обработкой (в первую очередь – мониторингом) указанных объектов. Поставленная задача была успешно решена за счет применения модифицированного алгоритма FABRIK, изначально применяемого при решении задач обратной (инверсной) кинематики. Суть модификации указанного алгоритма заключается в описании граничных условий таким образом, чтобы расстояние между роботами роя могло варьироваться в заданных пределах, а не быть постоянным, как это предполагается в оригинальном алгоритме. Разработанный метод управления реконфигурируемым роем мобильных роботов позволяет создавать и управлять недорогой роевой системой роботов, построенной с использованием релейной связи. Такая система, помимо прочего, обладает свойством реконфигурируемости, что существенно улучшает ее эксплуатационные характеристики, повышая надежность. Работоспособность предлагаемой концепции была подтверждена результатами работы программной модели, созданной на базе разработанного метода.

Ключевые слова
Автономные роботы, БПЛА, управление, реконфигурация, передача данных.

Благодарности
Публикация подготовлена в рамках реализации ГЗ ЮНЦ РАН, № гос. рег. проекта 125011200147-2.

EDN
OHGANW

Индекс УДК 
62-5:007.52

Библиографическое описание
Таранов А.Ю. Метод управления реконфигурируемым роем мобильных роботов с релейной связью для мониторинга площадных объектов / А.Ю. Таранов, А.А. Родина // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 13. - № 1. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2025. – С. 41-49. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Таранов А.Ю. Повышение энергоэффективности в решении площадных задач роем автономных роботов за счет релейной связи / А.Ю. Таранов, А.Ю. Остроухов // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2023. – Т. 11. – С. 65–70. DOI: – 10.24412/2071-6168-2023-11-65-66. EDN: BIPBPG.
  2. Tajima Y. Analysis of Wind Effect on Drone Relay Communications / Y. Tajima [et al.] // Drones. – 2023. – Т. 7. – Pp. 182–197. – DOI: 10.3390/drones7030182. – Text: electronic.
  3. Sait A. Laser communications system with drones as relay medium for healthcare applications / A. Sait [et al.] //. PeerJ Computer Science. – 2024. – Т. 10. – Pp. 1–28. – DOI: 10.10.7717/peerj-cs.1759. – Text: electronic.
  4. Suetsugu A. Development and Field Testing of a Wireless Data Relay System for Amphibious Drones / A. Suetsugu [et al.] // Drones. – 2024. – Т. 8. – Pp. 1–30. – DOI: 10.3390/drones8020038. – Text: electronic.
  5. Fu S. UAV Based Relay for Wireless Sensor Networks in 5G Systems / S. Fu // Sensors. – 2018. – Т. 18. – P 2413. – DOI: 10.3390/s18082413. – Text: electronic.
  6. Yanmaz E. Positioning aerial relays to maintain connectivity during drone team missions / E. Yanmaz // Ad Hoc Networks. – 2022. – Т. 128. – P. 102800. – DOI: 10.1016/j.adhoc.2022.102800. – Text: electronic.
  7. Yanmaz E. Dynamic Relay Selection and Positioning for Cooperative UAV Networks / E. Yanmaz // IEEE Networking Letters – 2021. – Т. 3, № 3. – Pp. 114–118. – DOI: 10.1109/LNET.2021.3080403. – Text: electronic.
  8. Garcia-Molina H. Elections in a Distributed Computing System / H. Garcia-Molina // IEEE Transactions on Computers. – 1982. – Т. С-31, № 1. – Pp. 48–59. – DOI: 10.1109/TC.1982.1675885. – Text: electronic.
  9. Brown J. Real-time knot-tying simulation / J. Brown, J.C. Latombe, K. Montgomery // The Visual Computer: International Journal of Computer Graphics. – 2004. – Т. 20. – Pp. 165–179. – DOI: 10.1007/s00371-003-0226-y. – Text: electronic.
  10. Canutescu A.A. Cyclic coordinate descent: a robotics algorithm for protein loop closure / A.A. Canutescu, R.L. Dunbrack // Protein Science. – 2003. – Т. 12, № 5. – Pp 963–972. – DOI: 10.1110/ps.0242703. – Text: electronic.
  11. Balestrino A. Robust control of robotic manipulators / A. Balestrino, G. De Maria, L. Sciavicco // Proc. of the 9th IFAC World Congress. – 1984. – Т. 5. – Pp. 2435–2440. – DOI: 10.1016/S1474-6670(17)61347-8. – Text: electronic.
  12. Wolovich W.A. A computational technique for inverse kinematics / W.A. Wolovich, H. Elliott // The 23rd IEEE Conf. on Decision and Control. – 1984. – Т. 23. – Pp. 1359–1363. – DOI: 10.1109/CDC.1984.272258. – Text: electronic.
  13. Aristidou A. FABRIK: A fast, iterative solver for the Inverse Kinematics problem / A. Aristidou, J. Lasenby // Graphical Models. – 2011. – Т. 73, № 5. – Pp. 243–260. – DOI: 10.1016/j.gmod.2011.05.003. – Text: electronic.
  14. Родина А.А. Применение туманных вычислений и распределенного реестра в системах экологического мониторинга на основе IoT / А.А. Родина // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2021. – Т. 2. – С. 56–61. – URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44894950 (дата обращения: 24.09.2024) EDN: RUDUUH. – Текст: электронный.
  15. Орда-Жигулина М.В. Комбинированный подход к построению средств мониторинга и прогнозирования опасных природных явлений / М.В. Орда-Жигулина [и др.] / Известия ТулГУ. Технические науки. – 2018. – Т. 9. – С. 107–116. – URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=36394740 (дата обращения: 24.09.2024). EDN: IJJJJF. – Текст: электронный.
  16. Шабанов В.Б. Управление группами хаотических микророботов с использованием распределённого реестра / В.Б. Шабанов, С.Г. Капустян // XII мультиконференция по проблемам управления (МКПУ-2019): материалы: [в 4 т.] / Южный федеральный университет // Редкол. И.А. Каляев [и др.]. – Ростов-на-Дону; Таганрог: Изд. Южного федерального университета. – 2019. – Т. 2. – С. 112-115. – ISBN 978-5-9275-3190-5. – Текст: непосредственный.
  17. Saab W. Reliable and Robust Cyber-Physical Systems for Real-Time Control of Electric Grids: специальность Computer Science: Thesis for: PhD in Computer ScienceAdvisor: Jean-Yves Le Boudec / Wajeb Saab; EPFL, Лозанна, Швейцария – 2019. – 257 с. – DOI: 10.5075/epfl-thesis-9161. – Text: electronic.
  18. The Traveling Salesman Problem and Its Variations / Gutin G [et al.] // Boston: Kluwer Academic Publishers. – 2001. – 852 с. – DOI: 10.1007/b101971. – Text: electronic.