priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-9-656-667pribor-276Research ArticleПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯDEVICES AND SYSTEMS OF AUTOMATIC CONTROLONTROLСогласованная работа двух мобильных роботов при автоматическом выполнении операций в сложной окружающей обстановке .Coordinated Work of Two Mobile Robots when Performing Operations Automatically in a Complex EnvironmentФиларетовВ. Ф.FilaretovV. F.

Владимир Федорович Филаретов - д-р техн. наук, профессор, лаборатория робототехнических систем, заведующий лабораторией; директор

Владивосток

Vladimir F. Filaretov - Dr. Sci., Professor, Head of the Laboratory,Laboratory of Robotic Systems; Director

Vladivostok

filaretov@inbox.ruКацуринА. А.KatsurinA. A.

Алексей Анатольевич Кацурин - канд. техн. наук;  лаборатория интеллектуальных информационных систем для морских роботов; ст. научный сотрудник

Владивосток

Alexey A. Katsurin - PhD, Laboratory of Intelligent Information Systems for Marine Robots; Senior Researcher

Vladivostok

katsurin@mail.ruИнститут автоматики и процессов управления ДВО РАН; Дальневосточный федеральный университет, департамент автоматики и робототехникиInstitute of Automation and Control Processes of the Far Eastern Branch of the RAS; Far Eastern Federal University, Department of Automation and RoboticsДальневосточный федеральный университет, департамент автоматики и робототехники; Институт проблем морских технологий ДВО РАНFar Eastern Federal University, Department of Automation and Robotics; Institute of Marine Technology Problems of the Far Eastern Branch of the RAS202202122024659656667Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/276

Рассматривается задача управления манипулятором, установленным на основном мобильном роботе, выполняющем операции в стесненных условиях рабочей среды, когда объекты работ находятся вне зоны видимости системы технического зрения робота. В указанной ситуации расположение невидимых объектов вначале определяется с помощью системы технического зрения вспомогательного и более маневренного мобильного робота в его связанной системе координат, а затем эта информация по каналам связи с неизбежными погрешностями передается в связанную систему координат основного манипуляционного робота. Предложен алгоритм по определению и устранению возникших погрешностей, обеспечивающий в результате возможность точного автоматического выполнения требуемых операций с объектами работ. Предложенный математический аппарат позволяет учесть различную текущую пространственную ориентацию базовых платформ обоих мобильных роботов по углам крена, тангажа и рыскания в абсолютной системе координат. Приведены результаты экспериментов, подтверждающие работоспособность и высокую эффективность предложенного метода согласованной автоматической работы двух мобильных роботов в стесненных условиях окружающей среды.

The problem of controlling a manipulator mounted on the main mobile robot performing operations in cramped working environment conditions when objects of work are out of sight of the robot's technical vision system, is considered. In this situation, location of the invisible objects is first determined using the technical vision system of an auxiliary and more maneuverable mobile robot in its associated coordinate system, and then this information is transmit-ted via communication channels with unavoidable errors to the associated coordinate system of the main manipulation robot. An algorithm is proposed to determine and eliminate the aroused errors, which as a result provides the possibility of accurate automatic execution of the required operations with the objects of work. The proposed mathematical apparatus allows for accounting variations in current spatial orientation of the base platforms of both mobile robots at the angles of roll, pitch and yaw in the absolute coordinate system. The results of experiments confirming the operability and high efficiency of the proposed method of coordinated automatic operation of two mobile robots in cramped environmental conditions are presented.

мобильный роботгрупповое управлениесистема управленияманипуляторсистема технического зренияmobile robotgroup controlcontrol systemmanipulatorvision systemработа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант 22-29-01156.the work was supported by the Russian Science Foundation, grant 22-29-01156.ReferencesAndreev V. P., Pryanichnikov V. E. Operation Environment of Mobile Robots with Supervision Control // Proc. of the 22nd Intern. DAAAM Symp. Vienna, Austria. 2011. Vol. 22, N 1. P. 0021-0022.Andreev V.P., Pryanichnikov V.E. Proceedings of the 22nd International DAAAM Symposium, Vienna, Austria, 2011, no. 1(22), pp. 0021-0022.Zhang Q., Song B., Cai B., Sun Y. Design of Coordination System for Composite Mobile Robot Platform Oriented to Nuclear Fusion Vessel // J. of Fusion Energy. 2021. N 40(2). P. 22.Zhang Q., Song B., Cai B., Sun Y. Journal of Fusion Energy, 2021, no. 2(40), pp. 22.Wu Y., Balatti P., Lorenzini M., Zhao F., Kim W., Ajoudani A. A teleoperation interface for loco-manipulation control of mobile collaborative robotic assistant // IEEE Robotics and Automation Letters. 2019. N 4(4). P. 3593-3600.Wu Y., Balatti P., Lorenzini M., Zhao F., Kim W., Ajoudani A. IEEE Robotics and Automation Letters, 2019, no. 4(4), pp. 3593-3600.Lee D., Spong M. W. Passive bilateral control of teleoperators under constant time-delay // Proc. 16th IFAC World Congress. Prague, Czech Rep. 2005. File 03009.pdf. P. 1-6.Lee D., Spong M.W. Proc.16 IFAC World Congress, Prague, Czech Rep., 2005, file 03009.pdf (CD-ROM).Katsurin A. System of Telecontrol by the Mobile Robot with Movable Camera // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 643. P. 9-14.Katsurin A. Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 643, рр. 9-14.Филаретов В. Ф., Кацурин А. А., Пугачев Ю. А. Метод полуавтоматического комбинированного управления манипулятором с помощью подвижной телекамеры // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. № 2. С. 38-45.Filaretov V.F., Katsurin A.A., Pugachev Yu.A. Mehatronika, Avtomatizacia, Upravlenie (Mechatronics, Automation, Control), 2009, no. 2, pp. 38-45. (in Russ.)Филаретов В. Ф., Кацурин А. А. Метод полуавтоматического позиционного управления манипулятором с помощью телекамеры, изменяющей пространственную ориентацию своей оптической оси // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. № 9. С. 15-22.Filaretov V.F., Katsurin A.A. Mehatronika, Avtomatizacia, Upravlenie (Mechatronics, Automation, Control), 2008, no. 9, pp. 15-22. (in Russ.)Филаретов В. Ф., Кацурин А. А. Система телеуправления многозвенным манипулятором, установленным на мобильном роботе // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2018. № 12. С. 40-48.Filaretov V.F., Katsurin A.A. Information and Control Systems, 2018, no. 12, pp. 40–48. (in Russ.)Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А. Метод формирования гладких траекторий движения мобильных роботов в неизвестном заранее окружении // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2017. № 4. С. 174-184.Filaretov V.F., Yukhimets D.A. Journal of Computer and Systems Sciences International, 2017, no. 4(56), pp. 738-748.Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А., Мурсалимов Э. Ш. Информационно-управляющая система для мобильных роботов // Автометрия. 2015. Т. 51, № 5. С. 92-100.Filaretov V.F., Yukhimets D.A., Mursalimov E.Sh. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 2015, no. 5(51), pp. 505-511.Xu P., Zheng J., Zhang J., Zhang K., Cui Y., Tang Q. Distributed position-force control for cooperative transportation with multiple mobile manipulators // Lecture Notes in Computer Science (Including Subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics). 2021. Vol. 12690 LNCS. P. 111-118.Xu P., Zheng J., Zhang J., Zhang K., Cui Y., Tang Q. Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 2021, vol. 12690 LNCS, pp. 111-118.Mendiburu F. J., Morais M. R. A., Lima A. M. N. Behavior coordination in multi-robot systems // Proc. IEEE Intern. Conf. on Automatica (ICA-ACCA). 2016. P. 1-7.Mendiburu F.J., Morais M.R.A., Lima A.M.N. Proc. of 2016 IEEE International Conference on Automatica (ICAACCA), 2016, рр. 1-7.Viegas C., Tavakoli M., Lopes P., Dessi R., De Almeida A. T. SCALA-A scalable rail-based multirobot system for large space automation: Design and development // IEEE/ASME Trans. on Mechatronics. 2017. N 22(5). P. 2208-2217.Viegas C., Tavakoli M., Lopes P., Dessi R., De Almeida A.T. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2017, no. 5(22), pp. 2208-2217.Riccio F., Borzi E., Gemignani G., Nardi D. Multi-robot search for a moving target: Integrating world modeling, task assignment and context // Proc. IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2016. P. 1879-1886.Riccio F., Borzi E., Gemignani G., Nardi D. Proc. of 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2016, рр. 1879-1886.Градецкий В. Г., Ермолов И. Л., Князьков М. М., Лапин Б. С., Семенов Е. А., Собольников С. А., Суханов А. Н. Система группового транспортного управления мобильными наземными роботами на различных грунтах // Робототехника и техническая кибернетика. 2020. Т. 8, № 1. С. 61-71.Gradetsky V.G., Ermolov I.l., Knyaz'kov M.M., Lapin B.S., Semenov E.A., Sobol'nikov S.A., Sukhanov A.N. Robotics and Technical Cybernetics, 2020, no. 1(8), pp. 61-71. (in Russ.)Меркулов В. И. Синтез согласованного управления группой объектов // Динамика сложных систем — XXI век. 2016. Т. 10, № 2. С. 23-27.Merkulov V.I. Journal Dynamics of Complex Systems - XXI century, 2016, no. 2(10), pp. 23-27. (in Russ.)Градецкий В. Г., Ермолов И. Л., Князьков М. М., Семенов Е. А., Собольников С. А., Суханов А. Н. О научных задачах выполнения транспортных операций группой мобильных роботов // Экстремальная робототехника. 2016. № 1. С. 25-30.Gradetsky V.G., Ermolov I.L., Knyazkov M.M., Semenov E.A., Sobolnikov S.A., Sukhanov A.N. Extreme Robotics, 2016, no. 1, pp. 25-30. (in Russ.)Филаретов В. Ф., Кацурин А. А. Совместная работа двух мобильных роботов при автоматическом выполнении манипуляционных операций // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 8. С. 529-535.Filaretov V.F., Katsurin A.A. Mehatronika, Avtomatizacia, Upravlenie (Mechatronics, Automation, Control), 2018, no. 8(19), pp. 529-535. (in Russ.)Зенкевич С. Л., Ющенко А. С. Основы управления манипуляционными роботами. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 480 с.Zenkevich S.L., Yushchenko A.S. Osnovy upravleniya manipulyatsionnymi robotami (Fundamentals of Manipulation Robot Control), Moscow, 2004, 480 р. (in Russ.)Filaretov V., Yukhimets D., Zuev A., Gubankov A., Mursalimov E. An new approach for automatization of cutting of flexible items by using multilink manipulators with vision system // Proc. of the 22nd Intern. Symp. on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM2014), Ischia, Italy. 2014. P. 1330-1335.Filaretov V., Yukhimets D., Zuev A., Gubankov A., Mursalimov E. Proc. of 22nd International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM2014), Ischia, Italy, 2014, рр. 1330-1335.Filaretov V., Katsurin A., Chyi-Yeu Lin. System of Telecontrol by Manipulators for Automatic Grasp of Objects // Proc. of the Intern. Conf. on Intelligent Computing and Control. Bangkok, Thailand. 2011. P. 1-4.Filaretov V., Katsurin A., Chyi-Yeu Lin, Proc. of 2011 International Conference on Intelligent Computing and Control, Bangkok, Thailand, 2011, рр. 1-4.Cook G., Zhang F. Mobile robots: Navigation, Control and Sensing, Surface Robots and AUVS. Wiley, 2020. P. 1-329.Cook G., Zhang F. Mobile robots: Navigation, Control and Sensing, Surface Robots and AUVS, Wiley, 2020, 329 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.