Профессор Института радиотехнических систем и управления ЮФУ, доктор технических наук Анатолий Гайдук вместе с аспирантом Дмитрием Лукиным разработали новый метод синтеза нелинейных систем управления автороботами.
В 21 веке все больше задач выполняют автоматические аппараты, которых мы называем роботами. Мысли об освобождении «рабочих рук» путем внедрения роботов возникали у людей давно, а сегодня эти механизмы внедряются в нашу жизнь с огромной скоростью. Их основное предназначение — сделать нашу жизнь более комфортной, освободить от утомительных, монотонных процессов, улучшить условия труда и увеличить производительность. На сегодняшний день насчитываются миллионы роботов самого различного назначения, например, исследовательские, бытовые, медицинские, промышленные. Они с ловкостью доставляют посылки, занимаются уборкой и даже строят дома.
По мнению исследователей Южного федерального университета, наиболее широко распространенными являются наземные мобильные роботы. Они передвигаются до заданной точки с разной скоростью и поворотами, если такая необходимость существует, например, при возникновении препятствий, склонов и прочего. Таким, в частности, является робот-пылесос, который сегодня активно используется в быту у людей.
«Мобильные роботы должны двигаться по довольно сложным траекториям, включающим прямолинейные и криволинейные участки, поэтому их конструкция должна допускать движения с различной скоростью и сложными поворотами. Этими возможностями обладают четырехколесные роботы автомобильного типа, которых еще называют автороботами. Как и другие подобные роботизированные механизмы, они являются нелинейными объектами управления, и для их эксплуатации необходимы соответствующие нелинейные системы автоматического управления», — рассказал, профессор, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Целевой поисковой лаборатории прорывных интеллектуальных технологий группового управления робототехническими комплексами Фонда перспективных исследований ИРТСУ ЮФУ Анатолий Гайдук.
По словам ученого, линейные системы управления не учитывают ряд тонкостей, которыми обладают реальные объекты управления. Например, гибкость шин, которыми снабжен автомобиль, существенно смягчает толчки и тряску во время движения по не гладкой дороге. Учесть эту особенность авторобота в линейной системе практически невозможно, а нелинейные учитывают эти особенности и позволяют роботам с легкостью перемещаться по сложным маршрутам. К настоящему времени разработано много различных подходов к решению задачи синтеза нелинейных систем управления, в том числе и движением автономных мобильных роботов, однако поиск наиболее эффективных способов все еще остается актуальным. И, конечно, в решении этой задачи не обойтись без математики.
В недавнем проекте исследователей Института радиотехнических систем и управления ЮФУ, результаты которого опубликованы в научном журнале «Мехатроника, автоматизация, управление», задача синтеза решается с применением дискретно-непрерывной квазилинейной модели. Результатом работы стала разработанная автономная система управления автороботом, обеспечивающая отличное и точное движение по сложной траектории с заданной скоростью.
«На основании результатов моделирования движений авторобота можно заключить, что дискретно-непрерывная квазилинейная модель нелинейного авторобота, полученная численным методом, достаточно точно описывает его движения. Основное отличие от аналогов нашей синтезированной системы управления — это применение оригинальной математической модели авторобота и нового метода синтеза нелинейных систем управления. Разработанный метод синтеза является гораздо более простым и легко реализуется с использованием современных компьютеров», — отметил Анатолий Гайдук.
Предполагается, что предложенный учеными ЮФУ подход может применяться для автороботов различного назначения со сложными дифференцируемыми нелинейностями, которые оснащены системой измерения скорости, углов поворота, координат текущего положения авторобота, и должны двигаться по заданной траектории движения. Если же автономный авторобот предназначен для движения по дорогам без предварительно проложенного маршрута, то дополнительно требуется еще и система слежения за дорогой.
По словам авторов, наземные роботы, как и воздушные, имеют много назначений: сельскохозяйственные — для сбора фруктов, пахоты или уборки зерновых, перевозки грузов, пассажиров без шофера, в цехах для переноса заготовок или изделий по цеху или между цехами, а также во многих других областях человеческой деятельности. Все зависит от того, какие рабочие инструменты устанавливаются на робот.
На данном этапе разработки ученых применяются в Научно-исследовательском институте робототехники и процессов управления ЮФУ и в лаборатории НИИ многопроцессорных вычислительных систем им. А.В. Каляева ЮФУ.
