Самореконфигурируемый комплекс модульных роботов

Никитин Дмитрий Александрович
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, кафедра конструирования и технологии электронных систем и устройств, аспирант, 443086, г. Самара, ул. Московское шоссе, д. 34, тел.: +7(846)228-93-20, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Зеленский Владимир Анатольевич
д.т.н., Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, профессор, 443086, г. Самара, ул. Московское шоссе, д. 34, тел.: +7(927)713-20-09, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 13 февраля 2020 года.

Аннотация
Комплекс модульных роботов как универсальный самореоргaнизуемый материал, относится к концепции клэйтроники, цель которого при помощи миниатюрных модулей, вступающих друг с другом в контакт, создавать материальные 3D объекты. В то время как одни разработчики движутся «сверху вниз» [1], создавая технологии миниатюризации роботов, альтернативный подход проектирования – обратное направление, с самого «низа» – программируемая материя. Самоперестраиваемый комплекс модульных роботов является областью робототехники, задача которой – создание системы параллельно работающих модулей, способных динамически менять конструкцию и реализующих тип поведения, подходящий для выполнения поставленных задач. Нахождение оптимальной конструкции напрямую зависит от элементов, применяемых в устройстве. В зависимости от принципа работы в самоперестраиваемых комплексах модульных роботов применяются: механические крепления различной сложности, электропостоянные магниты, бесколлекторные двигатели на основе электропостоянных магнитов, планарные электромагниты, конструкции на базе гибких печатных плат и т.д. Независимо от особенностей исполнения самым важным направлением развития системы является создание аддитивной конструкции, которая основана на способности изменять форму, структуру при помощи программного управления каждым модулем. Также используемые механизмы должны обеспечивать саморегенерацию комплекса, автоопределение и замену вышедших из строя модулей. Анализируя механику движения модулей, необходима разработка правил перемещения, достаточных для максимально возможной гибкости реконфигурации. Применение тех или иных элементов при построении модулей накладывает ряд ограничений при разработке алгоритмов управления роем модулей [2,3]. Для построения 3D объектов требуется алгоритм автоматизированной разработки программы движения каждого модуля в комплексе. С учетом правил и ограничений он должен обеспечивать переход системы от стартового состояния к требуемой конфигурации за минимально возможное количество шагов.

Ключевые слова
Самореконфигурирумый модульный робот, электропостоянный магнит, планарный электромагнит, клэйтроника, программируемая материя.

https://doi.org/10.31776/RTCJ.8206 

Индекс УДК 
007.52:004.94:621.8.038

Библиографическое описание
Никитин Д.А. Самореконфигурируемый комплекс модульных роботов / Д.А. Никитин, В.А. Зеленский // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 8. - №2. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2020. – С. 150-158. – Текст : непосредственный.

Литература

1. Radical atoms: beyond tangible bits, toward transformable materials / Ishii H. [et al.] // Interactions. – 19, Jan. 2012, pp.38-51. – Text: unmediated.
2. Towards mobile microrobot swarms for additive micromanufacturing / Cappelleri D. [et al.] // International Journal of Advanced Robotic Systems. – Oct. 11, 2014, 150. – Text: unmediated.
3. Yim M. Polybot: a modular reconfigurable robot / Yim M., Duff D.G., and Roufas K.D. // In Robotics and Automation, 2000. Proceedings. ICRA’00. IEEE International Conference on, vol. 1, pp. 514-520. – Text: unmediated.
4. Gilpin, K. Robot pebbles: One centimeter modules for programmable matter through self-disassembly / Gilpin K., Knaian A. and Rus D. // In Robotics and Automation (ICRA), 2010 IEEE International Conference on. – Text: unmediated.
5. 3D M-Blocks: Self-reconfiguring Robots Capable of Locomotion via Pivoting in Three Dimensions / John W. Romanishin [et al.] // International Conference on Robotics and Automation IEEE May 26-30, 2015. – Text: unmediated.
6. Lindsey Q. Construction of cubic structures with quadrotor teams / Lindsey Q., Mellinge D. and Kumar V. // Proc. Robotics: Science & Systems VII, 2011. – Text: unmediated.
7. Зеленский В.А. Устройство коммуникации комплекса модульных роботов по каналу питания / В.А. Зеленский, Д.А. Никитин // Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций»: материалы, 2017. – Текст: непосредственный.
8. Применение планарной технологии при проектировании и изготовлении электромагнитов / Д.А. Никитин // Х Общероссийская молодежная научно – техническая конференция: сборник докладов, 2018. – Текст: непосредственный.
9. A modular robotic system using magnetic force effectors / Kirby B.T. [et al.] // In Intelligent Robots and Systems. IROS 2007. IEEE/RSJ International Conference on. – Text: unmediated.
10. Zooids: Building blocks for swarm user interfaces / Le Goc M. [et al.] // In Proceedings of the 29th Annual Symposium on User Interface Software and Technology, ACM, 2016, pp.97-109. – Text: unmediated.
11. Hiller J. Design and analysis of digital materials for physical 3d voxel printing / Hiller J. and Lipson H. // Rapid Prototyping Journal 15, Feb. 2009, pp.137-149. – Text: unmediated.
12. Goldstein S.C. Programmable matter / Goldstein S.C., Campbell J.D. and Mowry T.C. // Computerm, Sept. 2005, pp.99-101. – Text: unmediated.

Полный текст статьи (pdf)