Разработка принципов и подходов к адаптивному управлению автономными мобильными киберфизическими системами в условиях изменяющегося окружения

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-79-10325

НазваниеРазработка принципов и подходов к адаптивному управлению автономными мобильными киберфизическими системами в условиях изменяющегося окружения

Руководитель Савельев Антон Игоревич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук" , г Санкт-Петербург

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-602 - Моделирование технических систем

Ключевые слова Киберфизические системы, робототехника, инфраструктура киберфизических систем, управление инфраструктурой, динамическая среда, роевая робототехника, гетерогенные робототехнические средства, анализ внешней среды, децентрализованное распределение задач, децентрализованная обработка больших данных.

Код ГРНТИ28.19.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одной из основных научных проблем в области применения киберфизических систем (КФС) на открытых территориях в условиях неподготовленного окружения является необходимость в формировании комплексной технологической инфраструктуры, обеспечивающей работоспособность КФС, что сопряжено со значительными временными и ресурсными затратами и тем самым делает невозможным быстрое развертывание КФС на открытых территориях. Кроме того, данные территории подвержены динамическим изменениям, что зачастую требует реорганизации и модернизации инфраструктуры системы с целью обеспечения безаварийного функционирования КФС. Таким образом, на сегодняшний день практически отсутствуют КФС, способные к быстрому развертыванию и оперативной адаптации собственной инфраструктуры к изменяющимся условиям окружения, что не только ограничивает применение таких систем на изменяющихся, открытых территориях, но и практически полностью устраняет возможности ситуативного краткосрочного использования КФС, поскольку в таких случаях время развертывания КФС будет в значительной мере превышать время их целевого функционирования. В рамках проекта разрабатывается оригинальная мобильная КФС, где в качестве основы будут использованы группы современных гетерогенных робототехнических средств (РС), обладающих значительным уровнем автономности и способностью функционировать в условиях неизвестного окружения. Для ее создания также будет разработан новый подход к адаптивному управлению инфраструктурой КФС, ориентированный на обеспечение отказоустойчивости системы в изменяющейся среде, в основу которого будет положено применение специальных методов организации децентрализованных самоорганизующихся сетей, технологий репликации данных и методов децентрализованной обработки больших данных гетерогенной природы, что позволит реализовать мобильную КФС, обладающую возможностью по оперативному развертыванию и пригодную для ситуативного использования на открытых территориях в условиях динамического окружения. Кроме того, в рамках проекта планируется осуществить проектирование модели РС, позволяющей реализовать автоматизированную замену отдельных модулей РС посредством других роботизированных агентов, что позволит дополнительно повысить отказоустойчивость КФС в случае потери работоспособности отдельными РС. Апробация предложенного подхода, методов, структурно-параметрической модели и программных средств КФС будет проводиться на тестовых сценариях решения прикладных задач в условиях динамического окружения, выполняемых посредством согласованного взаимодействия групп мобильных агентов, представленных гетерогенными РС. В рамках проекта заявлены довольно амбициозные цели по обеспечению мобильности и адаптивности КФС к изменяющемуся окружению. Реализация поставленных целей возможна благодаря имеющемуся научному заделу и наличию у исполнителей следующих разработок: программно-аппаратное обеспечение для управления мобильными модульными РС, решения на основе технического зрения и нейронных сетей направленные на анализ свойств окружающей среды, а также ведущимся параллельно исследованиям в области сервисных КФС, роевых алгоритмов и модульных РС.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Крестовников К.Д., Черских Е.О., Савельев А.И. Structure and Circuit Solution of a Bidirectional Wireless Power Transmission System in Applied Robotics Radioengineering, Том 30, № 1, стр. 142-149 (год публикации - 2021)
10.13164/re.2021.0142

2. Козырь П.С., Савельев А.И., Кузнецов Л.Д. Determining distance to an object and type of its material based on data of capacitive sensor signal and machine learning techniques Proceeding of IEEE Siberian Conference on Control and Communications 2021 (год публикации - 2021)

3. Черских Е.О., Савельев А.И. Survey on behavioral strategies of cyber-physical systems in case of loss of integrity Proceeding of 16th International Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings" (ER(ZR)-2021) (год публикации - 2021)

4. Денисов А.В., Ватаманюк И.В. Algorithm for Calculating Coordinates of Repeaters for Combining Stationary and Mobile Devices into Common Cyber-Physical System Proceeding of 16th International Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings" (ER(ZR)-2021) (год публикации - 2021)

5. А.А. Ерашов, К.В. Камынин, К.Д. Крестовников, А.И. Савельев Метод оценки времени беспроводной передачи энергетических ресурсов между двумя роботами Информатика и автоматизация, 20(6), 1279-1306 (год публикации - 2021)
10.15622/ia.20.6.4

6. Д.К. Левоневский, Р.Н. Яковлев, А.И. Савельев Модель децентрализованной киберфизической системы, устойчиво функционирующей в изменяющемся окружении Мехатроника, автоматизация, управление., т. 23, н. 4, стр. 177-187 (год публикации - 2022)
10.17587/mau.23.177-187

7. А.И. Савельев, В.В. Лебедева, И.В. Лебедев, К.В. Камынин, Л.Д. Кузнецов, А.Л. Ронжин Управление группой БпЛА при отработке кризисных полетных ситуаций в решении транспортных задач Известия ЮФУ. Технические науки, №1 (225), стр. 110-120 (год публикации - 2022)
10.18522/2311-3103-2022-1-110-120

8. П.С. Козырь, Ю.Г. Васюнина, А.И. Савельев Algorithm for Replacing the Battery of a Robotic Tool Using Serving Mobile Robots 2022 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), с. 700-705 (год публикации - 2022)
10.1109/RusAutoCon54946.2022.9896318

9. В.В. Лебедева, К.В. Камынин, И.В. Лебедев, Л.Д. Кузнецов, А.И. Савельев Method for Distributed Mapping of Terrain by a Heterogeneous Group of Robots Based on Google Cartographer Lecture Notes in Networks and Systems, Vol. 596. - pp. 584-597 (год публикации - 2022)
10.1007/978-3-031-21435-6_50

10. Черских Е.О., Савельев А.И. Approach to the Dynamic Functioning of a Robotic Complex in Case of Failures and Restoration of Connected Functional Parts 2022 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), с. 677-682 (год публикации - 2022)
10.1109/RusAutoCon54946.2022.9896316

11. П.С. Козырь, Ю.Г. Васюнина, А.И. Савельев Algorithm for Replacing the Battery of a Robotic Tool Using Servicing Mobile Robots on Inhomogeneous Surfaces Lecture Notes in Artificial Intelligence, Vol. 13719. - pp. 269–283 (год публикации - 2022)
10.1007/978-3-031-23609-9_24

12. Савельев А.И., Камынин К.В., Ерашов А.А., Черских Е.О. Алгоритм планирования локальных траекторий движения наземного робототехнического средства с учетом глобального маршрута журнал "Робототехника и техническая кибернетика", номер 11(3)2023 (год публикации - 2023)

13. Е.О. Черских, А.И. Савельев Анализ и классификация распределенных сенсорных систем коллаборативных робототехнических средств Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН, № 6 (104). С. 78–94 (год публикации - 2021)
10.35330/1991-6639-2021-6-104-78-94

14. К.Д. Крестовников, А.А. Ерашов, Ю.Г. Васюнина, А.И. Савельев Разработка устройства сопряжения для модульной сельскохозяйственной робототехнической платформы Сельскохозяйственные машины и технологии, н. 16(1), стр. 78-88 (год публикации - 2022)
10.22314/2073-7599-2022-16-1-78-88

Публикации