ФОРМИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ РОБОТОВ ВОЗДУШНОГО И НАЗЕМНОГО БАЗИРОВАНИЯ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ
Аннотация
Обоснована возрастающая в последнее время востребованность использования гете-
рогенных групп роботов (роботов воздушного и наземного базирования) повышенной авто-
номности при проведении спецопераций в индустриально-городских средах, включая здания.
Сформулирована актуальная задача формирования по данным бортовых систем техниче-
ского зрения беспилотного летательного аппарата информационно-навигационного поля,
обеспечивающего автономный целенаправленный безопасный полет и движение роботов
воздушного и наземного базирования в экранированных зонах урбанизированной среды.
Формирование обобщенной геометрической модели внешней среды можно обеспечить пу-
тем задания множества целевых положений в плане рабочей зоны, которые должен посе-
тить БПЛА в заданной последовательности и вернуться в точку старта. В процессе посе-
щения достижимых целевых точек формируется обобщенная геометрическая модель внеш-
ней среды и определяются текущие координаты БПЛА. Описаны методы и алгоритмы по-
строения различных моделей внешней среды и решения навигационной задачи, которые обес-
печивают планирование и отработку целенаправленных безопасных траекторий движения в
реальном времени по данным бортовых средств, что и является основой автономного управ-
ления в том числе и управления гетерогенной группой роботов. В основу систем автономного
управления движением роботов воздушного и наземного базирования положены методы и
алгоритмы выделения семантических объектов (плоскостей опорной поверхности и верти-
кальных стен), которыми изобилуют урбанизированные среды, и экстремальной навигации
по двумерным горизонтальным сечениям 3D-изображений (облакам точек), полученным с
помощью лидара или камеры глубины. Приведены результаты работы созданных программ-
но-аппаратных средств систем автономного управления роботами воздушного и наземного
базирования по формированию информационно-навигационных полей и решению навигацион-
ных задач по данным бортовых систем технического зрения в реальной индустриально-
городской среде, подтвердившие эффективность и практическую ценность предлагаемых
методов и алгоритмов. Использование единого информационно-навигационного поля, с одной
стороны, существенно повышает автономность группы роботов за счет возможности
самостоятельного планирования действий при выполнении сложных спецопераций, а с дру-
гой стороны, повышает ситуационную осведомленность операторов роботов, предостав-
ляя в удобной форме информацию о месте проведения работ
Литература
elementov iskusstvennogo intellekta v sisteme upravleniya tsekhovogo transportnogo robota
[The experience of using artificial intelligence elements in the control system of a shop
transport robot], Mekhatronika [Mechatronics], 2000, No. 4, pp. 44-47.
2. Zagoruyko S.N., Kaz'min V.N., Noskov V.P. Navigatsiya BPLA i 3D-rekonstruktsiya vneshney
sredy po dannym bortovoy STZ [UAV navigation and 3D reconstruction of the external
environment based on on-board VS data], Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics,
automation, control], 2014, No. 8, pp. 62-68.
3. Noskov V.P., Rubtsov I.V., Romanov A.Yu. Formirovanie ob"edinennoy modeli vneshney sredy
na osnove informatsii videokamery i dal'nomera [Formation of a combined model of the external
environment based on information from a video camera and a rangefinder], Mekhatronika,
avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation, control], 2007, No. 8, pp. 2-5.
4. Yang J., Wen C.-K., Yang X., Xu J., Du T., and Jin S. Multi-domain cooperative SLAM: The
enabler for integrated sensing and communications, IEEE Wireless Commun., Feb. 2023,
Vol. 30, No. 1, pp. 40-49.
5. Saha A., Dhara B.C., Umer S.; AlZubi A.A.;,Alanazi J.M., Yurii K. CORB2I-SLAM: An Adaptive
Collaborative Visual-Inertial SLAM for Multiple Robots, Electronics, 2022, 11, 2814.
6. Sun Y. and Huang F. and Wen W. and Hsu L.-T. and Liu X. Multi-Robot Cooperative Lidar Slam
for Efficient Mapping in Urban Scenes, The International Archives of the Photogrammetry, Remote
Sensing and Spatial Information Sciences, 2023, Vol. XLVIII-1/W1-2023, pp. 473-478.
7. Noskov V.P., Noskov A.V. Navigatsiya mobil'nykh robotov po dal'nometricheskim
izobrazheniyam [Navigation of mobile robots by rangefinder images], Mekhatronika,
avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation, control], 2005, No. 12, pp. 16-21.
8. Kaz'min V.N., Noskov V.P. Vydelenie geometricheskikh i semanticheskikh ob"ektov v
dal'nometricheskikh izobrazheniyakh dlya navigatsii robotov i rekonstruktsii vneshney sredy
[Selection of geometric and semantic objects in rangefinder images for robot navigation and
reconstruction of the external environment], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya
SFedU. Engineering Sciences], 2015, No. 10 (171), pp. 71-83.
9. Noskov V.P., Kiselev I.O. Vydelenie ploskikh ob"ektov v lineyno strukturirovannykh 3Dizobrazheniyakh
[Extracting planar objects in linearly structured 3D images], Robototekhnika i
tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and technical cybernetics], 2018, No. 2 (19), pp. 31-38.
10. Lee C.Y. An Algorithm for Path Connections and Its Applications, IRE Trans., 1961, v EC-10, No. 3.
11. Kalyaev A.V., Noskov V.P., Chernukhin Yu.V. Algoritm upravlyayushchey struktury
transportnogo robota [The transport robot control structure algorithm], Izvestiya AN SSSR.
Tekhnicheskaya kibernetika [Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Technical cybernetics],
1980, No. 4, pp. 64-72.
12. Kalyaev A.V., Noskov V.P., Chernukhin Yu.V. Odnorodnaya upravlyayushchaya struktura
adaptivnogo robota-manipulyatora [Homogeneous control structure of an adaptive robot manipulator],
Izvestiya AN SSSR. Tekhnicheskaya kibernetika [Proceedings of the USSR Academy
of Sciences. Technical cybernetics], 1981, No. 6, pp. 121-126.
13. Kalyaev A.V., Chernukhin Yu.V., Noskov V.P., Kalyaev I.A. Odnorodnye upravlyayushchie
struktury adaptivnykh robotov [Homogeneous control structures of adaptive robots]. Moscow:
Nauka, 1990, 147 p.
14. Tomás Lozano-Pérez, Michael A. Wesley. An algorithm for planning collision-free paths among
polyhedral obstacles, Communications of the ACM, 1979, Vol. 22, Issue 10, pp. 560-570.
15. Dijkstra E.W. A Note on two Problems in Connexion with Graphs, Numerische Mathematik,
1959, Vol. 1, Issue 1, pp. 269-271.
16. Gradetskiy V.G., Ermolov I.L., Knyaz'kov M.M., Lapin B.S., Semenov E.A., Sobol'nikov S.A.,
Sukhanov A.N. Sistema gruppovogo transportnogo upravleniya mobil'nymi nazemnymi
robotami na razlichnykh gruntakh [Transport group control system of unmanned ground vehicles
for various soils], Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and Engineering
Cybernetics], 2020, 8, 1, pp. 61-71.
17. Gradetskiy V.G., Ermolov I.L., Knyaz'kov M.M., Semenov E.A., Sobol'nikov S.A., Sukhanov A.N.
O nauchnykh zadachakh vypolneniya transportnykh operatsiy gruppoy mobil'nykh robotov [Scientific
tasks of implementing transportation tasks by groups of UGVs], Robototekhnika i
tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and Technical Cybernetics], 2016, 3, pp. 57-62.
18. Gradetsky Valery, Ermolov Ivan, Knyazkov Maxim, Semenov Eugeny, Sobolnikov Sergey and
Sukhanov Artem. Implementation of a Joint Transport Task by a Group of Robots. Smart Electromechanical
Systems, Studies in Systems, Decision and Control. Springer, pp. 203-214.
19. Gradetskiy V.G., Ermolov I.L., Knyaz'kov M.M., Sobol'nikov S.A. Postroenie podvizhnykh
kommunikatsionnykh setey na baze nazemnykh avtonomnykh mobil'nykh robotov [Design of moving
communication network on the base of ground autonomous mobile robots], Mekhatronika.
Avtomatizatsiya. Upravlenie [Mechatronics. Automation. Control], 2011, No. 11, pp. 27-32.
20. Ermolov I.L., Knyazkov M.M., Sobolnikov S.A., Sukhanov A.N., Usov V.M. Position Control of
Ugv Group for Covid (Virus Sars-Cov-2covid) Localization and Primary Treatment Within
Indoor Environment, Studies in Systems, Decision and Control, 2021, Vol. 352, pp. 113-125.
