Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 8.
-
МЕТОДИКА И ПРАКТИКА ПОВЫШЕНИЯ АВТОНОМНОСТИ НАЗЕМНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
С.М. Соколов , A.A. Богуславский2025-04-27Аннотация ▼Тенденции развития современной робототехники и потребности практики требуют повы-
шения степени автономности робототехнических комплексов. Повышение степени автономно-
сти, в свою очередь, требует увеличения ситуационной осведомлённости и, как следствие, увели-
чение объёма данных и эффективности их обработки в масштабе реального времени на бортовых
ресурсах. При этом сохраняется требование экономической целесообразности предлагаемых ре-
шений. С учётом того, что в отечественной практике в большинстве случаев используются те-
леуправляемые роботы, возникает необходимость наращивания их автономности, с использова-
нием уже имеющихся технических решений. Такое направление развития робототехнических ком-
плексов называется переходом от телеуправления к супервизорному управлению. На этом пути
осуществляется передача всё большего количества информационно- управляющих функций от
оператора к бортовой информационно-управляющей системе. На основе анализа мирового и соб-
ственного опыта разработок робототехнических комплексов, авторской методики создания ро-
ботов с повышенной степенью автономности, нами выделен ключевой элемент обеспечения ин-
теллектуальной автономности мобильных средств. Предложен унифицированный программно-
аппаратный модуль информационного обеспечения мобильных роботов. Основу модуля образует
система технического зрения с открытой программно-аппаратной архитектурой. Этот модуль
позволяет наращивать степень автономности наземных робототехнических комплексов в части
интеллектуальной автономности постепенно, оставаясь в рамках экономической целесообразно-
сти. Открытая программная архитектура модуля учитывает имеющееся де-факто разнообразие
аппаратных решений в существующих телеуправляемых подвижных средствах и позволяет про-
изводить увеличение степени автономности – переходить от режима телеуправления к суперви-
зорному управлению пошагово, сообразно решаемым задачам и доступным средствам. Предлага-
ется методика создания новых или реинжиниринга уже существующих образцов РТК. Методика
включает анализ общей компоновки РТК с акцентом на программно-алгоритмическую часть бор-
товой информационно-управляющей системы. При этом учитываются условия согласования тре-
бований к сенсорной и вычислительной частям. В работе рассмотрены примеры применения этой
методики к усовершенствованию уже существующих образцов наземных РТК. Приводятся по-
становки практических задач и примеры их решения с помощью предлагаемого модуля -
АНАЛИЗ СЦЕНЫ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ПОДВИЖНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
С.М. Соколов2024-04-16Аннотация ▼Современные роботы способны выполнять все более сложные задачи, которые
обычно требуют высокой степени взаимодействия с окружающей средой, в которой им
приходится работать. Как следствие, роботизированные системы должны обладать глу-
бокими и конкретными знаниями о своих рабочих пространствах, которые выходят далеко
за рамки простого представления показателей, которое роботизированная система мо-
жет создать с помощью приёмов обработки только зрительных данных, например в зада-
че одновременной локализация и картографирования (SLAM). Анализ сцены является свя-
зующим звеном между распознаванием объектов и знанием об окружающем мире и в том
или ином виде присутствует в процессе извлечения из зрительных данных информации,
необходимой для решения конкретной задачи. В статье представляется систематизиро-
ванный подход к обеспечению анализа сцены бортовыми СТЗ. Рассматриваются техноло-
гии анализа сцены как составной части повышения степени автономности подвижных
РТК. Ряд технологий только предстоит освоить и воплотить в жизнь, но общая струк-
тура позволяет постепенно углублять анализ сцены на борту РТК, тем самым повышая
степень автономности без коренной переделки бортовой информационно-управляющей
системы и СТЗ, как ключевой части информационного обеспечения. Информация, извлечённая из зрительных данных, интегрируется в многослойную карту, обеспечивая высоко-
уровневое представление окружающей среды, которое воплощает в себе знания, необхо-
димые робототехническому комплексу для реального выполнения сложных задач. Много-
слойная карта представляет собой форму хранения знаний об окружающей обстановке и
объектов в ней. Эта карта объединяет пространственную иерархию объектов и мест с
семантической иерархией понятий и отношений. Описываются структуры для представ-
ления данных в различных слоях этой карты и механизмы их использования. В частности,
для описания маршрутов движения РТК, используются принципы интерпретирующей на-
вигации, для представления информации об условиях функционирования и объектах инте-
реса структуры сигнатур. В основе программной реализации предлагаемых механизмов
используется унифицированный подход на основе программного каркаса СТЗ реального
времени. Приводятся примеры использования описанных технологий при решении задач
информационного обеспечения целенаправленных перемещений наземных РТК. -
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТЕПЕНИ АВТОНОМНОСТИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
C.М. Соколов2023-04-10Аннотация ▼На фоне всё возрастающих потребностей в робототехнических комплексах с повы-
шенной степенью автономности и намечающемуся переходу к их широкому использованию
актуализируется потребность в технологиях оценки качества и сравнения степени авто-
номности таких устройств. В статье описывается текущее состояние вопросов оценива-
ния и сравнения степени автономности беспилотных комплексов. Приводятся известные
оценки степени автономности. В существующей системе классификации выделяется ав-
тономность информационная и интеллектуальная, которые рассматриваются в тесной
связи. Предлагаются решения, дополняющие известные подходы к общему определению
степени автономности и позволяющие формировать количественные оценки степени ав-
тономности роботов в различных областях народного хозяйства. Рассматриваются тех-
нологии, направленные на автоматизацию получения этих оценок. В частности, обсужда-
ется возможность использования хорошо освоенного отечественными исследователями
инструментария нечётких когнитивных карт для определения степени автономности в
условиях неполноты информации, наличия качественной информации и влияние человече-
ского фактора. Обосновывается необходимость развития онтологий предметных облас-
тей для обеспечения возможности сравнения степени автономности различных робото-
технических комплексов и их группировок. В целом, указывается подход, который направ-
лен на систематизацию оценок качества и эффективности применения автономных ро-
ботов, и может позволить в короткие сроки подготовить методическую базу широкого
внедрения робототехники. Одним из положительных следствий такого системного подхо-
да является унификация формулировок и решений (модулей) в задачах информационного
обеспечения РТК, что, в свою очередь облегчает взаимодействие между пользователями,
заказчиками и разработчиками. Разработчикам РТК систематизированный подход даёт
возможность повторного использования удачных решений в различных комбинациях.
В заключении выражаются пожелания к сообществу отечественных робототехников в
объединении усилий к унификации терминологии, описании постановок задач и метрик
интеллектуальности робототехнических комплексов. -
ОНТОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В СОЗДАНИИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С ПОВЫШЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ АВТОНОМНОСТИ
С. М. Соколов42-592022-04-20Аннотация ▼Рассматриваются аспекты, необходимые для воплощения робототехнических ком-
плексов с повышенной степенью автономности (РТК с ПСА) в практическую работу. Указы-
ваются отличительные особенности таких комплексов, потребности соответствующих
интеллектуальных информационно управляющих систем (ИИУС). Выделяется требование
ситуационной осведомлённости и, как следствие, необходимость разнообразной системы
представления знаний, средств восприятия внешней среды и сопоставления оперативной
информации с моделями и априорной информацией об этой среде. Кроме того, указывается
на необходимость автоматизации процессов создания РТК с ПСА, доступности, упрощения
их использования. С целью ответа на поставленные вопросы в работе предлагается использовать концепцию и механизмы онтологий применительно к автономной робототехнике.
Приводятся примеры уже имеющихся решений в этой области. В робототехнике онтологии
используются для определения и концептуализации знаний, принятых сообществом, с исполь-
зованием формального описания, которое является машиночитаемым, доступным для со-
вместного использования и содержит гибкость для обоснования этих знаний, чтобы вывес-
ти дополнительную информацию. Онтологии представляют значительный интерес для
мультиагентных систем для организации взаимодействия между агентами и с другими сис-
темами в гетерогенных средах, возможности повторного использования и поддержки разра-
ботки новых РТК. Описывается предлагаемое автором построение онтологии в такой при-
кладной области как информационное обеспечение целенаправленных перемещений автоном-
ных наземных средств на основе систем технического зрения. Всё рассмотрение ведётся в
конфигурационном пространстве информационно-управляющих систем РТК с ПСА.
Это пространство позволяет агрегировать большое количество разнообразных технологий,
используемых при построении РТК. Воплощению конкретной системы соответствует
«точка сборки». Согласование форм представления знаний в ИИУС обеспечивается последо-
вательным рассмотрением плоскостей в этом пространстве. В качестве связующего звена –
средства для автоматизированного перевода описаний дескриптивных онтологий в описания
функциональных, машиночитаемых онтологий предлагается использование языка информа-
ционно-двигательных действий и команд интерпретирующей навигации. В заключении рас-
сматриваются ближайшие перспективы развития описанного подхода, высказываются по-
желания/предложения к отечественному сообществу робототехников. -
ПОВЫШЕНИЕ ПОИСКОВЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Н. А. Соколов , А.В. Рычков2021-04-04Аннотация ▼В статье обосновывается актуальность решения задач поиска неразорвавшихся бо-
еприпасов, а также археолого-геологических изысканий в акваториях внутренних вод и
прибрежных зон Российской Федерации. На примерах выполнения работ по разминирова-
нию в акватории Балтийского моря и детального магнитометрического обследования ак-
ватории Фанагории показываются широкие возможности современной аппаратуры по
локализации объектов, перекрытых донными отложениями и визуально незаметных на
поверхности дна. Рассматриваются преимущества применения автономных необитаемых
подводных аппаратов для метода поиска ферромагнитных предметов, основанного на
регистрации пространственно распределенных магнитных аномалий. Показаны направле-
ния развития многоканальных магнитометрических средств поиска. Выявлены потенци-
альные возможности многоканальных магнитометрических систем по идентификации
объектов поиска. На примере существующей технологии поиска водолазным способом
показывается, что обеспечиваемый таким способом темп разведки является крайне низ-
ким даже при наиболее благоприятных условиях: наилучшей видимости, пологом склоне
дна с твердым основанием. При этом время на разведку участка акватории водолазным
способом вдоль одного берега составит около 5 часов в благоприятных условиях, а, следо-
вательно, такой способ не может применяться при обследовании больших акваторий.
С учетом достигнутого на современном этапе уровня технологий для автоматизации
подводных работ предлагается применять автономные необитаемые подводные аппара-
ты с установленной в качестве целевой нагрузки многоканальной магнитометрической
системой. Кроме автоматизации процесса выполнения задач, применение необитаемых
подводных аппаратов позволит или полностью исключить, или существенно снизить опас-
ное воздействие на человека мероприятий по поиску неразорвавшихся боеприпасов и вред-
ных факторов глубоководных работ, а так же снизить материальные и временные за-
траты за счет сокращения операций по обслуживанию водолазного оборудования. Обра-
ботка результатов съемки и создание карты магнитных аномалий позволит выявить
структуры, геомагнитные свойства которых заметно отличаются от естественного
магнитного фона. Подобная методика позволяет значительно повысить информатив-
ность и достоверность результатов обследования акваторий, обеспечивая выявление ви-
зуально незаметных объектов, обладающих собственным магнитным полем. На основе
теории электромагнитного поля и магнитостатики разработана методика расчетной
оценки параметров и эффективности функционирования многоканальной магнитометри-
ческой системы для необитаемых подводных аппаратов. Методика предназначена для
оценки параметров и возможностей по обнаружению ферромагнитных объектов и пред-
варительной оценки эффективности ведения поиска. В качестве критерия (достижениеположительного результата оценки параметров и эффективности функционирования мно-
гоканальной магнитометрической системы), в соответствии со Стандартами противо-
минной деятельности IMAS, принято условие: обнаружение объекта определенного типа на
заданной глубине. Влияние вышеперечисленных данных на решение задачи оценивалось в ре-
зультате имитационного компьютерного моделирования в программной среде системы ав-
томатизированного проектирования MathCAD с дальнейшей визуализацией результатов. -
СПЕЦИАЛЬНОЕ МОДЕЛЬНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОАКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОВЫМ ПОВЕДЕНИЕМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
О. В. Кофнов , С.А. Потрясаев , Б.В. Соколов , П. М. Трефилов2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается проактивное управление групповым поведением робототехнических
средств на основе поведенческих моделей, где интеллект формируется как результат пове-
дения множества физических сущностей. Исследуемый комплекс представляет собой мно-
жество распределенных агентов, функционирующих в реальном масштабе времени в среде с
возмущающими воздействиями. Для рассматриваемого сетевого объекта используется мо-
дель взаимодействия Дж. Бойда, описывающая цикл работы системы управления этого объ-
екта. Исходными данными для решения поставленной задачи управления являются горизонт
планирования, сценарий действия группы, множество агентов с сопоставленным им набором
элементарных действий, множество предметно ориентированных ограничений на использо-
вание сценария и показатель качества решения задачи управления. Требуется осуществить
распределение агентов в пространстве и во времени на множестве действий сценария с уче-
том всех возможных ограничений. Разработанная технология позволяет опережать воз-
можные сценарии реализации возмущающих воздействий. Используется методология ком-
плексного предсказательного моделирования процессов проактивного управления и координа-
ции поведения самоорганизующейся группы роботов, где в качестве базовых моделей исполь-
зуются новые логико-динамические модели. Одним из основных достоинств разработанных
комбинированных моделей, методов, алгоритмов и программ является обеспечение на кон-
цептуальном, модельно-алгоритмическом, информационном и программном уровнях детали-
зации корректного согласования аналитико-имитационных моделей управления структурной
динамикой сложных динамических объектов с их логико-алгебраическими и логико-
лингвистическими аналогами (моделями), построенными на основе интеллектуальных ин-
формационных технологий. Также разработан специализированный язык описания и исследо-
вания как задач моделирования, планирования, проактивного мониторинга и управления ука-
занными объектами, так и задач диалогового взаимодействия, планирования вычислений,
обработки данных и знаний. Основное отличие и достоинство предложенного подхода со-
стоит в том, что задачи моделирования, планирования и управления конфигурацией и рекон-
фигурацией робототехнических средств решаются не изолировано, а интегрировано в рам-
ках общей проблемы проактивного управления структурной динамикой. -
ОРГАНИЗАЦИЯ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ СРЕДСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗРИТЕЛЬНЫХ ОРИЕНТИРОВ
С. М. Соколов , Н.Д. Беклемишев , А. А. Богуславский2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается решение навигационной задачи с помощью системы технического
зрения, определяющей положение подвижного средства относительно ориентиров, ука-
занных в окружающем пространстве. Навигация по ориентирам является наиболее объек-
тивным критерием расположения подвижного средства в окружающем пространстве.
Способ измерения параметров соотношений, характеризующих расположение подвижного
средства относительно ориентиров, является почти независимым от других навигацион-
ных измерений. Ввод данных для корректировки координат и других параметров движения
может производится не непрерывно, а в некоторые дискретные, и, в общем случае, до-
вольно редкие моменты времени. Рассматривается общая схема решения: от постановки,
до получения навигационной информации. Кратко описывается комплексирование получен-
ных данных с данными от других навигационных средств, анализируются ключевые про-
блемы и параметры СТЗ, влияющие на точность получаемых результатов. Ключевым мо-
ментом в рассматриваемом способе является решение системы уравнений, описывающих
положение робототехнических комплексов относительно указанных ориентиров. Эта
система решается модифицированным методом Гаусса-Ньютона для нелинейной переопределенной системы уравнений. Заменой левой части каждого уравнения ее дифференциа-
лом в точке начального приближения осуществляется линеаризация. Значения неизвестных
в переопределенной системе линейных уравнений, при которых сумма квадратов невязок в
уравнениях является минимальной, могут быть получены либо методом SVD (сингулярного
разложения), либо с помощью симметризации системы. При этом SVD более устойчив к
накоплению вычислительной погрешности, но несколько более требователен к ресурсам
компьютера и сложнее в реализации. Мы использовали решение методом симметризации
как более простое. Полученная система решается методом квадратного корня (Холецко-
го). Для обнаружения ориентиров в составе СТЗ используются два вида модулей СТЗ –
панорамный, на основе камеры с объективом типа «рыбий глаз» и стерео. Предложенный
способ позволяет решать задачу уточнения параметров движения по отдельным, разре-
женным измерениям собственного положения и скорости относительно ориентиров в
окружающем пространстве. Независимо и в комплексе с другими средствами навигации
описанный подход обеспечивает высокоточное определение навигационных параметров в
различных условиях движения. Описываются результаты натурных экспериментов с ма-
кетом предложенной системы при движении в различных условиях. Обсуждаются пути
совершенствования и развития рассмотренного подхода. -
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ БОРТОВЫХ СИСТЕМ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ СРЕДСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТЗ
С.М. Соколов, А. А. Богуславский, С. А. Романенко2020-07-10Аннотация ▼Целью исследования является повышение эффективности информационного обеспе-чения автономных подвижных средств с использованием зрительных данных и технологий его разработки за счёт рационального использования нетрадиционных вычислителей и специальной подготовки алгоритмического обеспечения. Использование нетрадиционных, гетерогенных вычислительных средств позволяет существенно расширить круг задач об-работки зрительных данных в масштабе реального времени и, тем самым, увеличить си-туационную осведомлённость автономных РТК и оперативность её получения. Рацио-нальное использование нетрадиционных вычислителей требует существенной переделки алгоритмического обеспечения. Большинство алгоритмов применяемых при обработке изображений, были разработаны в расчёте на реализацию на традиционных, фон-Неймановских архитектурах вычислителей и требуют существенных усилий для реализа-ции на параллельных структурах и разработки специальных инструментальных средств программирования. В работе сделан акцент на исследования в области использовании ПЛИС и рассмотрен ряд подходов в специальной подготовке необходимого алгоритмического обеспечения. В качестве модельных, демонстрационных примеров использования не-традиционных вычислителей рассмотрена реализация таких алгоритмов обработки зри-тельных данных, которые активно используются в широком круге задач информационного обеспечения целенаправленных перемещений мобильных РТК. Описана подготовка и реали-зация на ПЛИС таких алгоритмов, как построение гистограмм, вычисление оптического потока, сегментация изображений. Приведены результаты экспериментов на действующих макетах бортовых вычислителей. В качестве исходных данных использованы зрительные данные, собранные при движении мобильных средств в условиях естественной среды. Всё используемое программное обеспечение выполнено на основе унифицированного каркаса программного обеспечения систем технического зрения реального времени отечественной разработки. В заключении обсуждаются дальнейшие шаги в указанном направлении, с учё-том стремления к использованию отечественных программно-аппаратных средств.
1 - 8 из 8 результатов
