mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2022-10-6-28-41mireabulletin-580Research ArticleРОБОТИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ. ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯMULTIPLE ROBOTS (ROBOTIC CENTERS) AND SYSTEMS. REMOTE SENSING AND NON-DESTRUCTIVE TESTINGПринципы построения и экспериментальные исследования прототипного образца многоагентной робототехнической системы для разбора заваловPrototype multi-agent robotic debris removal system: principles of development and experimental studieshttps://orcid.org/0000-0002-6297-8894МанькоС. В.MankoS. V.

Манько Сергей Викторович - д.т.н., профессор кафедры проблем управления Института искусственного интеллекта, специализируется в области интеллектуального управления автономными роботами и мультиагентными  робототехническими системами. Лауреат премии  Правительства РФ в области образования,  член научного Совета РАН по робототехнике и мехатронике 

119454,  Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 55761014700, SPIN-код РИНЦ 2070-1592

Sergey V. Manko - Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Management Problems, Institute of Artificial Intelligence. He is a specialist in the field of intelligent control of autonomous robots and multi-agent robotic systems. Russian Federation State Prize Laureate in the field of education. Member of the Scientific Council of the Russian Academy of Sciences on robotics and mechatronics.

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

Scopus Author ID 55761014700, RSCI SPIN-code 2070-159

manko@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6708-9124ЛохинВ. М.LokhinV. M.

Лохин Валерий Михайлович - д.т.н., профессор кафедры проблем управления Института искусственного интеллекта, автор более 160 научных и учебно-методических работ в области интеллектуальных информационных технологий и автоматического управления,  лауреат государственной премии РФ в области науки и техники, лауреат премии Правительства РФ в области образования, член научного Совета РАН по робототехнике и мехатронике, заслуженный деятель науки РФ

119454,  Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 6602931640

 

Valery M. Lokhin - Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Management Problems, Institute of Artificial Intelligence. Author of more than 160 scientific and educational works in the field of intelligent information technologies and automatic control. Laureate of the State Prize of the Russian Federation in the field of science and technology. Russian Federation State Prize Laureate in the field of education. Member of the Scientific Council of the Russian Academy of Sciences on robotics and mechatronics. Honored Worker of Science of the Russian Federation.

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

Scopus Author ID 6602931640

kpu-mirea@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8690-6422ДианеС. А. К.DianeS. A. K.

Диане Секу Абдель Кадер - к.т.н., доцент кафедры проблем управления Института искусственного интеллекта, специализируется на вопросах обработки информации и управления в интеллектуальных робототехнических системах

119454,  Москва, пр-т Вернадского, д. 78

ResearcherID T-5560-2017, Scopus Author ID 57188548666, SPIN-код РИНЦ 8691-0290

Sekou Abdel Kader Diane, Cand. Sci. (Eng.) -  Assistant Professor, Department of Management Problems, Institute of Artificial Intelligence

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

ResearcherID T-5560-2017, Scopus Author ID 57188548666, RSCI SPIN-code 8691-0290

sekoudiane1990@gmail.comМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation2022011220221062841Copyright © Манько С.В., Лохин В.М., Диане С.К., 20222022Манько С.В., Лохин В.М., Диане С.К.Manko S.V., Lokhin V.M., Diane S.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/580

Цели. В статье обоснованы актуальность создания и перспективы применения многоагентных робототехнических систем для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Целью работы является проверка практической реализуемости алгоритмов управления группой автономных роботов при решении многоэтапных прикладных задач.Методы. Использованы положения теории конечных автоматов в задачах планирования действий многоагентной системы, методы автоматического управления при организации целенаправленного движения роботов-исполнителей, методы машинного зрения в задачах поиска и анализа формы завала.Результаты. Описаны принципы построения, архитектура и состав программно-алгоритмического обеспечения прототипного образца многоагентной робототехнической системы, разработанной в РТУ МИРЭА в рамках проведения комплексных исследований развития средств и методов группового управления роботами. Рассмотрена многоэтапная задача поиска и устранения завалов. Предложенный алгоритм планирования действий робототехнических агентов определяет временну́ю очередность выполнения этапов данной задачи. Распределение заданий между роботами-исполнителями производится с учетом оценок их пригодности. Автономное функционирование робототехнических агентов определяется командами, поступающими с уровня группового управления, а также априорно заложенной базой знаний со сценарными моделями целесообразных действий. Компенсация неопределенностей внешней среды локального характера в процессе движения роботов базируется на комплексном анализе визуальной и навигационной информации. Наряду с основными элементами многоагентной системы дано описание разработанной инфраструктуры аппаратно-программных средств визуальной навигации и беспроводной связи.Выводы. Результаты экспериментальных исследований показали эффективность развиваемых подходов к созданию интеллектуальных технологий группового управления автономными роботами на примере задач поиска и разбора завалов. Подтверждена возможность практической реализации многоагентной робототехнической системы на основе разработки и интеграции ряда информационно-управляющих и инфраструктурных подсистем.

Objectives. The article substantiates the relevance of the creation and the prospects of application of multi-agent robotic systems for elimination of consequences of emergency situations. The purpose of this work was to test the practical feasibility of algorithms for controlling a group of autonomous robots when performing multi-stage missions.Methods. The theses of the finite automata theory in planning actions of a multi-agent system, methods of automatic control in organizing a goal-directed movement of robots, and methods of computer vision in searching and analyzing debris geometry were used.Results. The principles of development, architecture, and composition are described for the software and algorithms of a prototype of the multi-agent robotic system created at RTU MIREA as part of integrated research for the creation of tools and methods of group control of robots. The multi-stage task of searching and removing debris in the process of eliminating the consequences of emergency situations is analyzed. A proposed algorithm for planning the actions of robotic agents determines the time sequence of the mission stages. Tasks are allocated among the performing robots according to assessments of their suitability. The autonomous functioning of robotic agents is determined by commands coming from the group control level, as well as an a priori embedded knowledge base with scenario models of appropriate actions. Compensation of local environmental uncertainties in the process of robot movement is based on a comprehensive analysis of visual and navigation information. Along with the main elements of the multi-agent system, the developed infrastructure of hardware and software for visual navigation and wireless communication is described.Conclusions. The results of the experimental studies demonstrated the efficiency of the developed approaches to the creation of intelligent technologies for group control of autonomous robots on the example of debris search and removal tasks. The feasibility of the multi-agent robotic system is demonstrated by the development and integration of a number of information management and infrastructure subsystems.

автономный роботинтеллектуальное управлениегрупповое управлениемногоагентная робототехническая системаразбор заваловautonomous robotintelligent controlgroup controlmulti-robot systemdebris removalИсследование выполнено при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 16-29-04379 в рамках исследовательского проекта «Методы, модели и алгоритмы группового управления автономными роботами на основе комплексного применения аппарата теории конечных автоматов».ReferencesYasuda T., Ohkura K. (Eds.). Multi-robot systems: trends and development. InTech; 2011. 596 p. ISBN 978-953- 307-425-2. https://doi.org/10.5772/544Yasuda T., Ohkura K. (Eds.). Multi-robot systems: trends and development. InTech; 2011. 596 p. ISBN 978-953- 307-425-2. https://doi.org/10.5772/544Seenu S.N., Kuppan Chetty R.M., Ramya M.M. Review on state-of-the-art dynamic task allocation strategies for multiple-robot systems. Industrial Robot. 2020;47(6): 929–942. https://doi.org/10.1108/IR-04-2020-0073Seenu S.N., Kuppan Chetty R.M., Ramya M.M. Review on state-of-the-art dynamic task allocation strategies for multiple-robot systems. Industrial Robot. 2020;47(6): 929–942. https://doi.org/10.1108/IR-04-2020-0073Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: ФИЗМАТЛИТ; 2009. 280 с. ISBN 978-5-9221-1141-6Kalyaev I.A., Gaiduk A.R., Kapustyan S.G. Modeli i algoritmy kollektivnogo upravleniya v gruppakh robotov (Models and algorithms of collective control in groups of robots). Moscow: Fizmatlit; 2009. 280 p. (in Russ.). ISBN 978-5-9221-1141-6Пшихопов В.Х. (ред.). Групповое управление подвижными объектами в неопределенных средах. М.: ФИЗМАТЛИТ; 2015. 305 с. ISBN 978-5-9221-1674-9Pshikhopov V.Kh. (Ed.). Gruppovoe upravlenie podvizhnymi ob”ektami v neopredelennykh sredakh (Group control of moving objects in undetermined). Moscow: Fizmatlit; 2015. 305 p. (in Russ.).Рубцов В.И., Машков К.Ю., Лапшов В.С., Коновалов К.В. Многоуровневая система управления группой роботов для работы в условиях Арктики. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021;7:53–61.Rubtcov V.I., Mashkov K.Yu., Lapshov V.S., Konovalov K.V. Multilevel control system for a group of robots to work in Arctic. Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki = Izvestiya TulGU. 2021;7:53–61 (in Russ.).Дацков И.В., Сероштанов А.В. Робототехнические комплексы специального назначения, состоящие на вооружении ФГКУ ЦСООР «Лидер». В сб.: Материалы XXVII Международной научно-практической конференции «Предупреждение. Спасение. Помощь». 16 марта 2017 г. Химки: Академия гражданской защиты МЧС России; 2017. С. 20–32.Datskov I.V., Seroshtanov A.V. Special purpose robotic systems in service of FGKU TsSOOR “Lider.” In: Proc. of The 27th International Scientific-Practical Conference “Prevention. Salvation. Help.” Khimki: Akademiya grazhdanskoi zashchity MChS Rossii; 2017. P. 20–32 (in Russ.).Дацков И.В., Кубеко А.В. Возможности ЦСООР «Лидер» по применению робототехнических средств. В сб.: Материалы XXVII Международной научно- практической конференции «Предупреждение. Спасение. Помощь». 16 марта 2017 г. Химки: Академия гражданской защиты МЧС России; 2017. С. 32–34.Datskov I.V., Kubeko A.V. Capabilities of TsSOOR “Lider” in application of robotic means. In: Proc. of The 27th International Scientific-Practical Conference “Prevention. Salvation. Help.” Khimki: Akademiya grazhdanskoi zashchity MChS Rossii; 2017. P. 32–34 (in Russ.).Макаров И.М., Лохин В.М., Манько С.В., Романов М.П. Принципы построения и проблемы разработки мультиагентных робототехнических систем. Мехатроника, автоматизация, управление. 2012;3:11–16.Makarov I.M., Lokhin V.M., Man’ko S.V., Romanov M.P. Multiagent robotic systemś construction principles and design problems. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2012;3:11–16 (in Russ.).Макаров И.М., Лохин В.М., Манько С.В., Романов М.П., Крюченков Е.Н., Кучерский Р.В., Худак Ю.И. Модели и алгоритмы планирования действий и распределения заданий в мультиагентных робототехнических системах. Мехатроника, автоматизация, управление. 2012;5:44–50.Makarov I.M., Lokhin V.M., Man’ko S.V., Romanov M.P., Kryuchenkov E.N., Kucherskii R.V., Khudak Yu.I. Action planning and tasks distribution models and algorithms for multiagent robotic systems. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2012;5:44–50 (in Russ.).Лохин В.М., Манько С.В., Карпов С.А., Марголин И.Д. Поведенческие механизмы обеспечения сетевой связи в мультиагентных робототехнических системах. Мехатроника, автоматизация, управление. 2017;18(12): 802–811. https://doi.org/10.17587/mau.18.802-811Lokhin V.M., Man’ko S.V., Karpov S.A., Margolin I.D. Behavioral mechanisms ensuring network communications in multi-agent robotic systems. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2017;18(12):802–811 (in Russ.). https://doi.org/10.17587/mau.18.802-811Манько С.В., Диане С.А.К., Лохин В.М., Новосельский А.К. Групповое управление роботами в задачах разбора завалов и демонтажа объектов атомной отрасли. Экстремальная робототехника. 2017;1(1):302–311.Man’ko S.V., Diane S.A.K., Lokhin V.M., Novosel’skii A.K. Group control of robots for debris removal and construction disassembly in the atomic industry. Ekstremal’naya robototekhnika = Extreme Robotics. 2017;1(1):302–311 (in Russ.).Diane S., Manko S., Lokhin V. Task planning in robot groups for problems with implicitly defined scenarios based on finite-state automata technique. In: Proceedings of 2017 20th IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM 2017). 2017. P. 348–351. https://doi.org/10.1109/SCM.2017.7970581Diane S., Manko S., Lokhin V. Task planning in robot groups for problems with implicity defined scenarios based on finite-state automata technique. In: Proceedings of 2017 20th IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM 2017). 2017. P. 348–351. https://doi.org/10.1109/SCM.2017.7970581Diane S., Manko S., Margolin I., Novosselskiy A. Hierarchical scenarios for behavior planning in autonomous robots. In: 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2019. P. 479–484. https://doi.org/10.1109/EIConRus.2019.8657067Diane S., Manko S., Margolin I., Novosselskiy A. Hierarchical scenarios for behavior planning in autonomous robots. In: 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2019. P. 479–484. https://doi.org/10.1109/EIConRus.2019.8657067Егорцев М.В., Диане С.А.К., Кац Н.Д. Алгоритмическое обеспечение системы внешнего наблюдения и маршрутизации автономных мобильных роботов. Российский технологический журнал. 2021;9(3):15–23. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-3-15-23Egortsev M.V., Diane S.K., Kaz N.D. Algorithmic support of the system of external observation and routing of autonomous mobile robots. Russ. Technol. J. 2021;9(3):15–23 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-3-15-23Лохин В.М., Манько С.В., Александрова Р.И., Романов М.П., Диане С.А.К. Принципы построения и программно-алгоритмическое обеспечение человеко-машинного интерфейса для автономных роботов и мультиагентных робототехнических систем. Мехатроника, автоматизация, управление. 2016;17(9): 606–614. https://doi.org/10.17587/mau.17.606-614Lokhin V.M., Manko S.V., Alexandrova R.I., Romanov M.P., Diane S.A. Man-machine interface for autonomous robots and multi-agent robotic systems. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2016;17(9):606–614 (in Russ.). https://doi.org/10.17587/mau.17.606-614Duchoň F., Babinec A., Kajan M., Beňo P., Florek M., Fico T., Jurišica L. Path planning with modified a star algorithm for a mobile robot. Procedia Engineering. 2014;96:59–69. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.098Duchoň F., Babinec A., Kajan M., Beňo P., Florek M., Fico T., Jurišica L. Path planning with modified a star algorithm for a mobile robot. Procedia Engineering. 2014;96: 59–69. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.098Mohammed H., Jaradat M.A., Romdhane L.B. RRT∗N: An improved rapidly-exploring random tree approach for reduced processing times. In: 2018 11th International Symposium on Mechatronics and its Applications (ISMA). 2018. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/ISMA.2018.8330126Mohammed H., Jaradat M.A., Romdhane L.B. RRT∗N: An improved rapidly-exploring random tree approach for reduced processing times. In: 2018 11th International Symposium on Mechatronics and its Applications (ISMA). 2018. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/ISMA.2018.8330126Платонов А.К., Карпов И.И., Кирильченко А.А. Метод потенциалов в задаче прокладки трассы. М.; 1974. 27 с. (Препринт. Институт прикладной математики АН СССР; № 124).Platonov A.K., Karpov I.I., Kiril’chenko A.A. Metod potentsialov v zadache prokladki trassy ( Method of potentials in the problem of laying a route). Moscow; 1974. 27 p. (Preprint. Institute of Applied Mathematics, USSR Academy of Sciences; No. 124) (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.