SCI Библиотека

Представлен алгоритм локального планирования пути в системе координат дорожного полотна. Он основан на варьировании точек исходной траектории с применением метода потенциального поля и обеспечения гладкости получаемого пути относительно новой системы координат. Реализация алгоритма основывается на решении задачи минимизации целевого функционала. Рассматривается решение задачи применительно к планированию пути беспилотной транспортной платформы, для чего требуется изменять участки заранее подготовленной гладкой траектории движения транспортного средства в режиме реального времени с учетом возникающих препятствий и с сохранением гладкости. Использование новой системы координат дает преимущество во времени выполнения алгоритма по сравнению с его работой в декартовой системе координат. Алгоритм реализован на языке Python. Выделение горизонта планирования позволяет сочетать предложенный подход с различными алгоритмами следования по пути, которые сами по себе не реализуют методы обхода препятствий. Численное моделирование выполнено для характерных примеров, по которым можно оценить эффективность предложенного алгоритма.

Решается задача вычисления уровня спектральной энтропии стационарного случайного процесса. Под спектральной энтропией (σ-энтропией) сигнала понимается скалярная величина, характеризующая окрашенность шума и определяющая класс сигналов, действующих на систему в зависимости от выбора полосы исследования. Предполагается, что случайный процесс задан либо в виде формирующего фильтра, на вход которого поступает белый шум с единичной ковариационной матрицей, либо в форме автокорреляционной функции. Получено аналитическое решение задачи вычисления уровня спектральной энтропии случайного стационарного процесса по известной математической модели формирующего фильтра в виде лог-детерминантной функции, зависящей от передаточной матрицы и грамиана наблюдаемости фильтра. Предложен алгоритм вычисления σ-энтропии для стационарных случайных процессов с известной автокорреляционной функцией. Метод сводится к восстановлению математической модели формирующего фильтра с использованием факторизации его спектральной плотности. Приведен численный пример расчета спектральной энтропии для возмущения, описывающего скорости порывов ветра, действующих на летательный аппарат.

Представлен метод сглаживания траектории, полученной с использованием высокочастотных данных о движении мототехники по пересечённой местности, с целью повысить точность и плавность траекторий в условиях присутствия шума. Основное внимание уделено особенностям применению квинтических В-сплайнов, которые обеспечивают высокую степень гладкости при описании траектории и предварительной фильтрации данных. В статье последовательно описаны технические и математические сложности, возникающие при реализации алгоритма на реальных данных, а также предложены методы их преодоления. Один из таких методов — фильтрация выбросов для устранения резких отклонений исходной траектории с использованием цифрового фильтра Баттерворта. Рассмотрены и протестированы различные подходы для работы с большим количеством точек траектории, включая разбиение данных на отдельные перекрывающиеся окна с их последовательной сшивкой, что значительно улучшает производительность алгоритма. Для оптимизации вычислений также предложено использовать разреженные матрицы, эффективно работающие с большим объемом данных и занимающих существенно меньший объем памяти компьютера по сравнению с традиционными. Эффективность предложенного подхода подтверждена на примерах, где визуализированы сглаженные траектории, полученные из зашумленных данных.

Предложен метод построения непрерывного управления неаффинными по управлению объектами с дифференцируемыми нелинейностями и измеряемым вектором переменных состояния. Предложенный метод базируется на использовании квазилинейных моделей нелинейных объектов, которые создаются на основе их уравнений в форме Коши с сохранением точности описания. В работе показано, что управление по состоянию и воздействиям существует, если нелинейный объект является вполне управляемым по состоянию и удовлетворяет критерию управляемости выходом. Для определения управления необходимо по квазилинейной модели объекта найти ряд полиномов и решить полиномиальное и нелинейное алгебраическое уравнения. Метод является аналитическим и позволяет обеспечить некоторые первичные показатели качества. Область притяжения положения равновесия замкнутой системы определяется областью пространства состояний, в которой выполняется условие управляемости квазилинейной модели объекта. В зависимости от свойств нелинейностей объекта, управление определяется либо как функция переменных состояния и отклонения, либо является численным решением, получаемым итерационным методом. Искомое управление найдено в непрерывной форме, однако оно может быть легко записано в дискретном виде для реализации вычислительным устройством. В данной статье приводится обзор и краткий анализ известных результатов в области управления неаффинными объектами, формализуется решаемая задача, формулируются условия ее разрешимости, а также выводятся аналитические выражения для нахождения управляющего воздействия. Приведен численный пример с результатами синтеза и моделирования, который позволяет заключить, что приведённые соотношения приводят к нахождению непрерывного управления неаффинным объектом с дифференцируемыми нелинейностями и измеряемым вектором состояния, при котором обеспечиваются требуемые свойства замкнутой системы управления. При этом найденное управление обеспечивает равенство статической ошибки нулю и длительность переходного процесса, не превышающая заданную величину. Приведенные результаты моделирования замкнутой системы управления нелинейным неаффинным объектом третьего порядка подтверждают выполнение указанных свойств.

Современной системе вооруженного конфликта, где актуальны гибридные и информационные способы решения боевых задач, становится всё более важным разрабатывать эффективные методы оценки боевых возможностей разведывательно-ударных робототехнических систем. Данное исследование направлено на создание универсального метода для оценки таких систем в условиях реальной боевой среды, обеспечивая комплексный подход к измерению их эффективности. Авторы делают акцент на интеграции алгоритмических решений, предназначенных для анализа эффективности современного вооружения и военной техники, что позволяет учесть широкий диапазон переменных и тактико-технических характеристик, характерных для нынешней боевой обстановки. В работе особое внимание уделено выявлению ключевых характеристик наземных боевых роботизированных комплексов и исследованию их использования в группах. Это открывает пути для повышения боевой эффективности, уменьшения рисков для личного состава и улучшения процессов принятия решений. С учетом внедрения автономных технологий исследование подчеркивает значимость роботизации в контексте военных действий, акцентируя на необходимости использования машин в местах высокого риска для человека. Проанализировав существующие методики оценки боевой эффективности ударно-разведывательных образцов вооружения и военной техники, авторы предложили алгоритм, который принимает во внимание уникальные требования и характеристики роботизированных систем, включая их огневую мощь, мобильность и выживаемость. Этот алгоритм может стать основой для разработки систем управления роботизированными комплексами следующего поколения, что обеспечит их повышенную боевую эффективность и способность к эффективной работе в составе групп военных операций. Таким образом, результаты данного исследования представляют значительный вклад в область военной робототехники, предлагая подходы, которые помогут в разработке и оптимизации роботизированных боевых систем. Эти наработки могут служить основой для улучшения стратегий применения таких систем на поле боя.

В статье рассматриваются способы применения систем компьютерного зрения в промышленной робототехнике, в частности - в манипуляторах. Осуществлен сравнительный анализ и обзор технологий. Предложены технологии компоновочных решений в аспекте применения компьютерного зрения. Сформированы базовые подходы и принципы анализа технологий.

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день теме - проблеме применения роботов в атомной отрасли, в частности на модуле фабрикации и рефабрикации плотного смешанного уран-плутониевого топлива (МФР) опытно-демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК) АО «СХК». Автор объясняет это опасностью или невозможностью прямого участия человека в некоторых операциях, связанных с воздействием высоких дозовых нагрузок и токсичностью на организм. Поэтому автор говорит о необходимости применения технологий опосредованного управления рядом процессов или их автоматизации, частичной либо полной. Особое внимание в статье уделено тому, что роботов внедряют не в готовые технологические линии, а сразу, на этапе проектирования, создают роботизированное производство топлива. Автор прогнозирует, что одним из преимуществ применения роботов будет поддержание качества продукции на более стабильном уровне. В статье раскрывается то, что на МФР роботы-манипуляторы, автоматизированные управляемые (АУТ) и передаточные тележки будут применяться в основном технологическом процессе на операциях по изготовлению тепловыделяющих сборок (ТВС), при обращении с радиоактивными отходами (РАО) и на линиях автоматизированных транспортных систем. Растущая потребность в решении задач вывода из эксплуатации объектов использования атомной энергии (ОИАЭ) требует новых подходов в их реализации, в том числе для минимизации работы человека непосредственно в условиях повышенного радиационного фона. В качестве таких подходов предполагается использование современных робототехнических технологий, позволяющих высокоэффективно решить задачи всех этапов вывода из эксплуатации объектов использования атомной энергии, тем самым достигая комплексного подхода в их решении и формировании задела на будущее. Внедрение робототехнических комплексов в рамках федерального проекта имеет не только прикладное значение в сфере вывода из эксплуатации ОИАЭ с точки зрения эффективности использования ресурсов, оптимизации затрат и скорости выполнения проектных работ, но и создает условия для реализации стратегически важных для России задач в социальной и экономической сферах.

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.

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.

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.