Принципы построения и экспериментальные исследования прототипного образца многоагентной робототехнической системы для разбора завалов

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.

1. Yasuda T., Ohkura K. (Eds.). Multi-robot systems: trends and development. InTech; 2011. 596 p. ISBN 978-953- 307-425-2. https://doi.org/10.5772/544

2. Seenu 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-04-2020-0073

3. Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: ФИЗМАТЛИТ; 2009. 280 с. ISBN 978-5-9221-1141-6

4. Пшихопов В.Х. (ред.). Групповое управление подвижными объектами в неопределенных средах. М.: ФИЗМАТЛИТ; 2015. 305 с. ISBN 978-5-9221-1674-9

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.18.802-811

11. Манько 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.

12. 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.2017.7970581

13. Diane 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.2019.8657067

14. Егорцев 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-2021-9-3-15-23

15. Лохин 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.17.606-614

16. Duchoň 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.2014.12.098

17. Mohammed 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.2018.8330126

18. Платонов 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).