Статья: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ РЫБОПОДОБНОГО ПОДВОДНОГО РОБОТА (2023)

Статья посвящена особенностям методов синтеза управления (супервизора) для системы группового управления мобильными роботами. Верхние уровни системы группового управления рассматриваются как дискретно-событийная система. Представлены некоторые известные методы синтеза супервизора для дискретно-событийной системы, приведены оценки их вычислительной сложности. Для применения при проектировании дискретно-событийной системы группового управления выбран наилучший по критерию вычислительной сложности метод. Указаны ограничения выбранного метода, связанные с управлением независимыми действиями роботов при выполнении группового действия. Предложены модификация метода и расширение синтаксиса описания требуемого поведения (спецификации), которые позволяют снять указанные ограничения без увеличения вычислительной сложности. Применение модифицированного метода продемонстрировано на примере синтеза супервизора для группового действия выхода на рубеж с последующим тушением очага пожара тремя роботами.

Данная работа посвящена вопросам распределения задач в группах беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) при условиях значительного превышения количества задач над количеством агентов. Основными задачами, решаемыми БПЛА, являются: обзор и разведка территорий, обнаружение опасных объектов или мест возникновения чрезвычайных ситуаций, поиск пострадавших и т.п. Эффективность решения перечисленных выше задач достигается путем одновременного использования группы БПЛА, элементы (агенты) которой могут осуществлять параллельное выполнение задач по осмотру и сканированию различных областей пространства. В статье предложен итеративный метод распределения задач в группе БПЛА при значительном превышении количества задач над количеством агентов (5-20 раз). Предлагаемый метод для гетерогенных групп БПЛА базируется на двухэтапной процедуре распределения агентов разных специализаций по кластерам задач с учетом функции ценности агента. На первом этапе производится распределение базовой части агентов, оставшиеся агенты на втором этапе распределяются с целью усреднения пройденного пути каждым агентом. Выполнение задач внутри кластера реализуется методом имитации отжига. Для оценки эффективности вариантов метода произведено сравнение с жадным алгоритмом распределения задач и алгоритмом коллективного распределения целей. Рассматриваемые аналоги являются широко распространенным, универсальными и имеют высокую сходимость решения. Экспериментальные исследования проведены путем компьютерного моделирования, где проведено 2000 экспериментов при различном изменении количества агентов группы и генерации карты задач. Результаты показали высокую эффективность метода распределения задач в части снижения пройденного пути агентами группы БПЛА при выполнении задач в сравнении с аналогами. Эффективность пройденного пути агентами составляет до 28% в зависимости от количества агентов и задач в кластере, что является научным приращением полученного результата исследования.

Развитие технологий робототехники требует повышение уровня научно-технических разработок и создание профильного задела, а также формирования системы подготовки высококвалифицированных специалистов. Одним из способов оценки достигнутого уровня разработок и квалификации инженерных команд является проведение соревнований различного уровня. В статье представлен обзор различных мероприятий по соревновательной робототехнике. В третьей части рассмотрены соревнования в водной среде. Соревнования структурированы по формату проведения, среде функционирования и возрасту участников. Сделаны выводы о перспективах различных мероприятий соревновательной робототехники, а также актуальности некоторых из них. Представлены взаимосвязи достигаемых компетенций при участии в соревнованиях по различным направлениям, а также делается вывод о необходимости проведения профориентационной работы.

Представлен лунный манипуляторный комплекс (ЛМК), разработанный для посадочной миссии «Луна-25» в составе комплекса научной аппаратуры (КНА). В ходе наземных испытаний прежде всего отрабатывалась кинематика перемещений ЛМК, в том виде как это будет реализовано на Луне, и взаимодействие различных приборов: ЛМК, лазерный ионизационный масс-спектрометр (ЛАЗМА-ЛР), стационарная телевизионная система (СТС-Л) и ИК-спектрометр и стереокамеры (ЛИС-ТВ-РПМ). Совместная работа этой группы приборов должна обеспечить точное наведение манипулятора на выбранный участок поверхности Луны с последующим взятием пробы, безопасное транспортирование взятого грунта в приёмное отверстие масс-спектрометра и наведение ИК-спектрометра на различные объекты на поверхности Луны. Также исследовались возможности ЛМК копать и забирать пробы грунта в крио-вакуумной камере вертикального типа с использованием имитатора лунного реголита, замороженного до криогенных температур в вакууме с добавлением водяного льда.

Рассматриваются сложные робототехнические системы, их свойства, признаки и взаимодействия, предложено определение сложной системы на основе 5-ти свойств: открытости, неизоморфной изменчивости трех видов (структурной, пространственной и информационной), двойного кода, агрегирования событий и нарушения физических симметрий. Влияние нарушений физических симметрий на определение оптимальных траекторий управления сказывается в парадигме подхода к исследованиям сложных робототехнических систем, которые не формализуются как математические объекты. Сформулированы основные понятия, постулаты и гипотезы. Описаны идеальные конструкции изменчивости сложных систем; энергетических причинных множеств; энергии; событий, причин, следствий и эволюций; пространства-времени, квантов и вакуумов; взаимодействия индивидов; операторов физических взаимодействий, агрегированных событий, текстов и вложений слов. Предложены и кратко описаны три основные модели для исследования сложных систем - модель физических взаи-модействий, нейролингвистическая модель и модель управления при неполной совместимости. Приведена структура ядра платформы физического имитационного моделирования для исследований сложных систем. Описаны три типа квантов моделирования по пространству-времени - минимальный, семантический и эволюционный. Дана иллюстрация результатов применения предложенного подхода к исследованию действий сложных систем. Отмечено, что образующаяся математическая структура проявляет свойства фрактала. Выделены типовые траектории эволюции - «гомеостат»; «затухание действий»; «инвариант»; «катастрофа»; «окно возможностей». Приведен ряд принципов исследований сложных систем методологического и методического характера. Даны рекомендации по области применения предложенного подхода.

В работе рассмотрена содержательная и формальная постановки проблемы синтеза системы управления группой наземных робототехнических комплексов (РТК). Проведена декомпозиция данной проблемы на ряд частных научных задач: задачу обоснования структуры системы управления, разработку метода определения эмерджентности системы управления и разработку метода оценки качества системы управления и эффективности её применения. Показано, что отличительными чертами данной проблемы являются: стохастический характер показателя эффективности - вероятности достижения цели операции, неопределенность условий применения группы РТК и большой размер пространства проектирования системы управления. Проблема роста пространства проектирования продемонстрирована методическим примером. Для снижения трудоёмкости анализа размера пространства проектирования автором настоящей статьи предлагается использование декомпозиционного подхода, который заключается в обосновании «опорного» (базисного) варианта структуры системы управления и начальной её декомпозиции. Новизна в реализации подхода заключается в совместном рассмотрении «метода группового управления» и принципа иерархической структуризации системы группового управления. Такой подход позволяет обоснованно получить базисные решения по структуре системы управления, что, в свою очередь, позволяет осуществлять в дальнейшем параметрический синтез систем управления и проводить сравнительную оценку решений по критерию «качество-стоимость».

Перспективным направлением развития современных робототехнических систем является повышение автономности роботов. Среди различных видов автономности ситуационная автономность [2] представляет наиболее значимый вызов для разработчиков. Гибкое и устойчивое автономное функционирование робототехнических комплексов (РТК) в незнакомых, ранее не встречавшихся ситуациях обеспечивается реализацией процедур адаптации, а в пределе - самоорганизации (самообучения) в системах управления РТК. Особенно остро потребность в адаптивных системах управления проявляется при автономных действиях в боевой обстановке, где среды являются высокодинамичными, а причинами неопределенностей ситуаций могут быть непредсказуемость поведения противника, несовершенство бортовых информационно-измерительных средств и алгоритмов, сложная помеховая обстановка и др. Ситуация усугубляется групповым применением роботов, при котором человек-оператор (или их группа) в силу ограниченных психофизиологических возможностей не в состоянии координировать работу множества роботов одновременно [3]. В таких условиях РТК может оказаться бесполезным средством вооруженной борьбы, не способным частично или в полном объеме выполнить поставленную боевую задачу. Приведенные обстоятельства вызывают настоятельную необходимость создания адаптивных (самообучающихся) систем управления РТК, способных формировать рациональные, а в пределе - оптимальные с точки зрения успешного выполнения поставленной боевой задачи управленческие решения в неопределенных боевых ситуациях. В статье рассматривается один из возможных подходов к созданию самообучающихся, адаптивных в широком смысле слова систем управления РТК на основе технологий вывода решений по аналогии.

Динамичное развитие информационных технологий, и в частности, технологий искусственного интеллекта обуславливает растущую актуальность исследования возможностей их внедрения при создании перспективных образцов вооружения и военной техники. Проанализированы сущностные определения термина «искусственный интеллект». Рассмотрены типовые подходы к повышению эффективности применения вооружения и военной техники, на примере военной автомобильной техники, за счет внедрения современных технологий искусственного интеллекта. С использованием экспертных оценок сформулирован перечень основных функций ассистента водителя, при реализации которых целесообразно применение алгоритмов искусственного интеллекта.

В статье рассматривается конструкция робота Delta, входящего в состав мультироботизированной системы для аликвотирования биологической жидкости. Целью статьи является получение динамической модели манипулятора Delta при помощи 3D-моделирования, которая позволит изучать кинематические и динамические характеристики манипулятора для заданных параметров. Для моделирования используется система автоматизированного проектирования (САПР). В статье представлен аналитический расчет кинематических и динамических параметров манипулятора Delta в структуре РС, представлено решение обратной задачи. Описан процесс создания цифровой расчетной модели в системе NX Nasrtan. Предварительно выполненный расчет кинематических и динамических параметров, позволил задать параметры в системе NX Nastran для обеспечения вращения приводных валов двигателей в соответствии с заданной траекторией выходного звена. Для всех звеньев манипулятора определены центр масс и назначен материал. Проведена симуляция движения и получены зависимости изменения скоростей, ускорений и перемещений звеньев манипулятора для реализации требуемой траектории подвижной платформы. Выполнены расчет позволяет построить траекторию движения выходного звена с заданной скоростью, задавая поворот приводных звеньев расчетной модели с учетом сил инерции.

В статье на основе анализа боевых свойств и формирования предварительного перечня представительных тактико-технических характеристик активных экзоскелетов военного назначения предложен методический подход к их аналитической оценке по критерию «военно-технический уровень - стоимость» в целях реализации мероприятий программно-целевого планирования развития элементов боевой экипировки военнослужащих.

Развитие технологий робототехники требует повышение уровня научно-технических разработок и создание профильного задела, а также формирования системы подготовки высококвалифицированных специалистов. Одним из способов оценки достигнутого уровня разработок и квалификации специалистов и инженерных команд является проведение соревнований различного уровня. В статье продолжен обзор различных мероприятий по соревновательной робототехнике в части состязаний специальных и спасательных роботов в наземной и подземной средах. Соревнования структурированы по формату, типу проведения, среде функционирования и возрасту участников. Сделаны выводы о перспективах различных мероприятий соревновательной робототехники, а также актуальности некоторых из них.