Организация супервизорного управления в сценариях экстремальной робототехники

Организация супервизорного управления в сценариях экстремальной робототехники

Смирнова Екатерина Юрьевна
Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), научно-исследовательский центр (НИЦ), Заместитель руководителя НИЦ, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(812)552-47-10, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Спасский Борис Андреевич
к.т.н., Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), начальник сектора, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(812)552-13-25, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-5210-5408


Материал поступил в редакцию 30 октября 2020 года.

Аннотация
В статье описаны общие принципы организации супервизорного управления в сценариях экстремальной робототехники с различными уровнями автономности. Показано, что повышение уровня автономности робота позволяет снизить нагрузку на оператора за счёт разделения труда между человеком и машиной и реализовать супервизорный режим управления, суть которого заключается в декомпозиции миссии на сценарии, описывающие алгоритмы решения функционально завершенных задач и состоящие из последовательности простых технологических операций. Выполнение таких сценариев осуществляется в автоматическом режиме. При этом оператор преимущественно реализует функции мониторинга и диагностики, а функции управления сводятся к принятию решений о выполнении следующего сценария или к вмешательству в выполнение текущего сценария в случаях, когда робот совершает явную ошибку или сталкивается с проблемой, которую не в состоянии разрешить самостоятельно. Приведены примеры реализации супервизорного управления при выполнении работ на критически важных объектах инфраструктуры, проведении поисково-спасательных и других специальных операций в сложных условиях, в том числе гетерогенными группами роботов.

Ключевые слова
Супервизорное управление, планирование поведения, экстремальная робототехника, мобильный робот, группа роботов, мобильный робототехнический комплекс, МРТК.

https://doi.org/10.31776/RTCJ.8401

Индекс УДК 
62-5:004.896:007.5

Библиографическое описание
Смирнова Е.Ю. Организация супервизорного управления в сценариях экстремальной робототехники / Е.Ю. Смирнова, Б.А. Спасский // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 8. - №4. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2020. – С. 245-258. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Спасский Б.А. Телеуправление в экстремальной робототехнике / Б.А. Спасский // Робототехника и техническая кибернетика. – 2020. – Т. 8. – №2. – С. 101-111. – Текст: непосредственный.
  2. Michael A Goodrich. Human–Robot Interaction: A Survey / Michael A. Goodrich, Alan C. Schultz // Foundations and Trends in Human-Computer Interaction, 1(3), 27, pp. 23-275. – Text: unmediated.
  3. Hendy K.C. Implementing a model of human information processing in a task network simulation environment / Hendy, K.C. & Farrell, P.S.E // Defence and Civil Institute of Environmental Medicine. Report DCIEM No 97-R-71. – North York, Ontario, Canada. – Text: unmediated.
  4. Thomas B. Sheridan. Adaptive Automation, Level of Automation, Allocation Authority, Supervisory Control, and Adaptive Control: Distinctions and Modes of Adaptation // in IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics – Part A: Systems and Humans. – Vol. 41. – № 4. – Pp. 662-667. – July 2011; doi: 10.1109/TSMCA.2010.2093888. – Text: unmediated.
  5. Jessie Y.C. Chen. Supervisory Control of Unmanned Vehicles / Jessie Y.C. Chen, Michael Barnes, Michelle Harper-Sciarini // Army Research Laboratory ARL -TR-5136. – April 2010. – Text: unmediated.
  6. Sheridan T.B. Human-Robot Interaction: Status and Challenges // Human Factors. – Vol. 58. – No. 4. – Pp. 525-532. – 2016. – Text: unmediated.
  7. Leo van Breda. Supervisory Control of Multiple Uninhabited Systems – Methodologies and Enabling HumanRobot Interface Technologies / Dr. Leo van Breda // North Atlantic Treaty Organisation. RTO Technical Report TRHFM-170. – December 2012. – Text: unmediated.
  8. Спасский Б.А. Совместное применение беспилотных аппаратов различного базирования. Обзор состояния развития // Робототехника и техническая кибернетика. – 2016. – № 2 (11). – С. 8-19. – Текст: непосредственный.
  9. Goodrich M. Seven principles of efficient interaction / M. Goodrich & D. Olsen // In Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics. – Pp. 3943-3948. – 2003. – Text: unmediated.
  10. Chris Miller. Frameworks for Supervisory Control: Characterizing Relationships with Uninhabited Vehicles // Journal of Human-Robot Interaction. January 2013. – URL: https://doi.org/10.5898/JHRI.1.2.Miller (дата обращения: 14.08 2020). – Text: electronic.
  11. Городецкий В.И. Базовая онтология коллективного поведения автономных агентов и ее расширения / В.И. Городецкий, В.В. Самойлов, Д.В. Троцкий // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. – 2015. – № 5. – С. 102. – Текст: непосредственный.
  12. Apoorva. Motion Planning for a Chain of Mobile Robots Using A and Potential Field / Apoorva, Rahul Gautam, Rahul Kala // Robotics 2018, 7(2), 20. – – Text: unmediated.
  13. In-situ Exploration and Sample Return: Autonomous Planetary Mobility // NASA: [site]. – URL: https://mars.nasa.gov/mer/mission/technology/autonomous-planetary-mobility/ (дата обращения: 20.05.2020). – Text: electronic.
  14. Autonomous Navigation of Multiple Robots using Supervisory Control Theory / J.A. Dulce-Galindo [et al] // IEEE Xplore: [site]. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8796261 (дата обращения: 24.08.2020). – Text: electronic.
  15. David Gonzalez Bautista. A Review of Motion Planning Techniques for Automated Vehicles / David Gonzalez Bautista [et al] // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 1-11. 10.1109/TITS.2015.2498841. – Text: unmediated.
  16. Mario Di Castro. CERNTAURO: A Modular Architecture for Robotic Inspection and Telemanipulation in Harsh and Semi-Structured Environments / Mario Di Castro, Manuel Ferre, Alessandro Masi // IEEE Xplore: [site]. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8391705 (дата обращения: 25.08.2020). – Text: electronic.
  17. The VIKINGS Autonomous Inspection Robot: Competing in the ARGOS Challenge / Pierre Merriaux [et al] // IEEE Xplore: [site]. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8577020 (дата обращения: 25.08.2020). – Text: electronic.
  18. Shinsuk Park. Disaster response and recovery from the perspective of robotics / Shinsuk Park, Yoojin Oh & Daehie Hong // Springer Link: [site]. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s12541-017-0175-4 (дата обращения: 17.06.2020). – Text: electronic.
  19. What Happened at the DARPA Robotics Challenge and Why / C.G. Atkeson [et al] // Robotics Institute, Carnegie Mellon University: Robotics Engineering, Worcester Polytechnic Institute: DARPA Robotics Challenge teams. – URL: https://www.cs.cmu.edu/~cga/drc/jfr-what.pdf (дата обращения: 22.06.2020). – Text: electronic.
  20. Обеспечение безопасного забора пробы грунта в рабочей зоне манипулятора с помощью системы технического зрения / Д.А. Громошинский [и др.] // Международная научно-техническая конференция «Экстремальная робототехника и конверсионные технологии» (7-8 июня 2018 года): сборник тезисов. – Санкт-Петербург, стр. 98-99. – Текст: непосредственный.
  21. Объектно-ориентированная реконструкция рабочей зоны манипулятора аварийно-спасательного робота / В.М. Битный-Шляхто [и др.] // XI Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Робототехника и искусственный интеллект»: материалы (г. Железногорск, 14 декабря 2019 г.) / под науч. ред. В.А. Углева. – Красноярск: ЛИТЕРА-принт, 2019. – С. 285-291. – Текст: непосредственный
  22. Managing autonomy in robot teams: Observations from four experiments / M. Goodrich [et al] // Computer Science 2007 2nd ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction (HRI). – 2007. – Pp. 25-32. – Text: unmediated.
  23. Ontology for group of rescuing robots / A.D. Kulichenko [et al] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – Vol. 539, 5th International Conference «Arctic: History and Modernity» 18-19 March 2020, Saint-Petersburg. – Text: unmediated.
  24. Liu Y. A supervisory control method for multi-robot task allocation in urban search and rescue / Y. Liu, M. Ficocelli, G. Nejat // 2015 IEEE International Symposium on Safety, Security, and Rescue Robotics (SSRR); doi:10.1109/ssrr.2015.7443000. – Text: electronic.
  25. Michele Furci. A Supervisory Control Strategy for Robot-Assisted Search and Rescue in Hostile Environments / Michele Furci, Andrea Paoli, Roberto Naldi // IEEE Xplore: [site]. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/6648162 (дата обращения: 03.08.2020). – Text: electronic.
  26. Investigating Human-Robot Teams for Learning-Based Semi-autonomous Control in Urban Search and Rescue Environments / A. Hong [et al] // Springer Link: [site]. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10846-018-0899-0 (дата обращения: 05.08.2020). – Text: electronic.
  27. Организация взаимодействия специальных роботов на базе критерия осведомленности / В.М. Битный-Шляхто [и др.] // XI Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Робототехника и искусственный интеллект»: материалы (г. Железногорск, 14 декабря 2019 г.) / под науч. ред. В.А. Углева. – Красноярск: ЛИТЕРА-принт, 2019. – С. 292-297. – Текст: непосредственный.
  28. Концепция создания гиперизбыточного многофункционального необитаемого подводного средства / С.А. Половко [и др.] // XI Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Робототехника и искусственный интеллект»: материалы (г. Железногорск, 14 декабря 2019 г.) / под науч. ред. В.А. Углева. – Красноярск: ЛИТЕРА-принт, 2019. – С. 94-99. – Текст: непосредственный.
Адрес редакции:  Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21   Тел.: +7(812) 552-13-25 e-mail: zheleznyakov@rtc.ru 
fb1    vk1