СПОСОБ СОГЛАСОВАННОГО ДВИЖЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2025 года по МПК B60W30/95 B60W60/00 G05D1/249 

Изобретение относится к области робототехники и, в частности, к системам управления согласованным движением нескольких мобильных робототехнических объектов в заданном строе.

Известна система группового вождения летательных аппаратов, содержащая первый задатчик параметров движения, последовательно соединенные первый суммирующий усилитель, первый блок коррекции и первый контур стабилизации, последовательно соединенные первый датчик параметров движения и первый блок связи, второй задатчик параметров движения, второй датчик параметров движения, последовательно соединенные второй суммирующий усилитель, второй блок коррекции, второй контур стабилизации, второй блок связи, вход которого соединен с выходом первого блока связи по линии радиосвязи, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены последовательно соединенные первый датчик возмущающих воздействий и первый блок интерполяции возмущающих воздействий, выход которого подключен ко второму входу первого контура стабилизации, первый блок алгебраического суммирования, первый блок переключений, первый блок интерполяции заданных параметров движения, включенный между первым выходом первого блока переключений и первым входом первого суммирующего усилителя, на второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно второй, третий и четвертый выходы первого блока переключений, последовательно соединенные второй датчик возмущающих воздействий и второй блок интерполяции возмущающих воздействий, выход которого подключен к второму входу второго контура стабилизации, второй блок алгебраического суммирования, второй блок переключений, блок интерполяции параметров движения, второй блок интерполяции заданного параметра движения, включенный между первым выходом второго задатчика параметров движения и первым входом второго блока переключений, на второй - пятый входы которого подключены соответственно выход второго датчика параметров движения, выход второго блока алгебраического суммирования, первый выход второго блока связи, выход блока интерполяции параметров движения, на вход которого подключен первый выход второго блока связи, второй выход которого подключен к второму входу первого блока связи по линии радиосвязи, а первый - пятый выходы второго блока переключений подключены соответственно к первому - пятому входам второго суммирующего усилителя, причем на первый - пятый входы первого блока переключений подключены соответственно первый и второй выходы первого задатчика параметров движения, выход первого датчика параметров движения, второй выход первого блока связи и выход первого блока алгебраического суммирования, на первый, второй и третий входы которого подключены соответственно второй выход первого блока связи, выход первого датчика параметров движения и третий выход первого задатчика параметров движения, а на первый, второй и третий входы второго блока алгебраического суммирования подключены соответственно выход второго датчика параметров движения, второй выход второго задатчика параметров движения и первый выход второго блока связи, на второй вход которого подключен выход второго датчика параметров движения (Патент РФ №2123171, 1998 г.).

Недостатком этой системы является то, что она применима только к летательным аппаратам, что предполагает обмен данными между ними по радиоканалу и известную идентификацию величин внешних воздействий со стороны окружающей среды, что сложно или невозможно реализовать для некоторых типов мобильных робототехнических объектов (например, подводных аппаратов).

Известен способ автономного управления строем космических аппаратов, согласно которому на этих аппаратах устанавливают приемно-передающие радиотехнические устройства, излучатели и приемники оптических сигналов, позиционно-чувствительный приемник оптических сигналов ведущего космического аппарата выполняют в виде набора плоских детекторов, расположенных на поверхности сферической оболочки, измеряют, запоминают и обрабатывают оптические сигналы, ориентируют лазерные излучатели ведомых комических аппаратов на позиционно-чувствительный приемник ведущего космического аппарата, по показаниям сигналов оптического излучения, принятого на ведущем космическом аппарате и одновременно отраженного от поверхности плоских детекторов и принятого на ведомых космических аппаратах, регулируют относительное движение и положение ведомых космических аппаратов в составе строя по радиокомандам ведущего космического аппарата корректируют расстояние между ведущим космическим аппаратом и ведомыми космическими аппаратами до достижения требуемых характеристик строя, причем плоские детекторы выполняют в виде взаимно контактирующих трапеций, расположенных последовательно вдоль широтных и меридианных линий на поверхности сферической оболочки (Патент РФ №2704712. Бюл. №31, 2019 г.).

Этот способ по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению. Его недостатком является использование централизованной схемы управления группой комических аппаратов, где аппарат лидер легко получает полную информацию о текущем положении всех ведомых и на ее основе строит команды управления этими ведомыми. Указанную схему управления сложно использовать для отдельных типов мобильных робототехнических объектов, так как в средах, где они функционируют, например, подводной среде, отсутствуют высокоскоростные каналы связи, обеспечивающие быстрый обмен информацией между мобильными робототехническими объектами. Кроме того, отдельную проблему представляет согласование показаний навигационных систем всех движущихся в одном строе мобильных робототехнических объектов для корректного и точного определения положения этих объектов друг относительно друга.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка за счет использования источников света, расположенных на мобильных робототехнических объектах, являющихся лидерами, и бортовых видеокамер, расположенных на мобильных робототехнических объектах, являющихся ведомыми, для преобразования видеоизображений, получаемых видеокамерами ведомых, в координаты лидера относительно этих ведомых. Получаемые координаты используются для расчета сигналов управления ведомыми мобильными робототехническими объектами, обеспечивая поддержание их желаемого положения относительно лидера без использования в условиях больших помех акустических каналов связи и сложных алгоритмов согласования навигационной информации между всеми мобильными робототехническими объектами.

Технический результат изобретения заключается в реализации системы управления группой мобильных робототехнических объектов, состоящей из лидера и ведомых, согласованно движущихся в заданном строе за лидером, за счет эффективного использования в бортовых системах управления ведомых мобильных робототехнических объектов только информации о положении и ориентации лидера, которая формируется с помощью источников света, расположенных на корпусе лидера, и бортовых видеокамер ведомых.

Поставленная задача решается тем, что в системе автономного управления движением группы мобильных робототехнических объектов, состоящей из лидера и ведомых, движущихся в строе, которая регулирует относительное движение и положение ведомых мобильных робототехнических объектов в строе и корректирует расстояние между лидером и ведомыми до достижения требуемых характеристик строя, на мобильный робототехнический объект лидер устанавливают не менее трех источников света, расположение которых относительно центра масс Лидера известно, а на ведомые мобильные робототехнические объекты устанавливают бортовые видеокамеры, в поле зрения которых находится лидер и которые в процессе согласованного движения ведомых в строе формируют изображения и пиксельные координаты источников света, установленных на лидере, эти пиксельные координаты и известные исходные координаты источников света относительно центра масс лидера сравнивают и используют для определения текущего положения и ориентации мобильного робототехнического объекта лидера относительно соответствующего ведомого мобильного робототехнического объекта, эти положение и ориентацию лидера используют для нахождения координат целевых точек, определяющих желаемое положение соответствующего ведомого в заданном строе, сформированные координаты целевых точек подают на входы бортовых следящих систем соответствующих ведомых, которые, отрабатывая эти входные сигналы, обеспечивают сохранение всеми ведомыми мобильными робототехническими объектами своего места в строе относительно лидера.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого способа с признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «...на мобильный робототехнический объект лидер устанавливают не менее трех источников света, расположение которых относительно центра масс лидера известно, а на ведомые мобильные робототехнические объекты устанавливают бортовые видеокамеры, в поле зрения которых находится лидер и которые в процессе согласованного движения ведомых в строе формируют изображения и пиксельные координаты источников света, установленных на лидере...» обеспечивает выявление отклонений соответствующих ведомых мобильных робототехнических объектов от их заданного места в строе относительно лидера.

Признак «...эти пиксельные координаты и известные исходные координаты источников света относительно центра масс лидера сравнивают и используют для определения текущего положения и ориентации мобильного робототехнического объекта лидера относительно соответствующего ведомого мобильного робототехнического объекта...», позволяет определить ориентацию и положение лидера относительно каждого ведомого в текущий момент времени.

Признак «... положение и ориентацию лидера используют для нахождения координат целевых точек, определяющих желаемое положение соответствующего ведомого в заданном строе...» позволяет определить текущие координаты целевых (желаемых) точек нахождения каждого ведомого в общем строе.

Признак «...сформированные координаты целевых точек подают на входы бортовых следящих систем соответствующих ведомых, которые, отрабатывая эти входные сигналы, обеспечивают сохранение всеми ведомыми мобильными робототехническими объектами своего места в строе относительно лидера» позволяет реализовать процесс согласованного движения в заданном строе нескольких мобильных робототехнических объектов с использованием координат сформированных целевых точек для каждого ведомого и их систем управления без использования информации об их положении и положении лидера в абсолютной системе координат.

На фиг.1 показана схема движения мобильного робототехнического объекта лидера и ведомого мобильного робототехнического объекта.

На чертеже введены следующие обозначения: 1 - мобильный робототехнический объект лидер; 2 - ведомый мобильный робототехнический объект; 3 - бортовая видеокамера ведомого; - система координат (СК), связанная с лидером; - СК, связанная с ведомым; - СК, связанная с бортовой видеокамерой ведомого; - СК, начало которой совпадает с а ось параллельна оси z абсолютной системы координат (АСК) х, у, z; - СК, начало которой совпадает с а ось параллельна оси z АСК х, у, z; - вектор желаемого положение ведомого (целевая точка), заданный в СК В₁, В₂, В₃, B_n - источники света, расположенные на лидере. Реализация заявленного способа заключается в следующем. Минимальное количество мобильных робототехнических объектов в группе равно двум. Один мобильный робототехнический объект назначают лидером, а остальные - ведомыми. Для каждого ведомого в группе задается его желаемое положение относительно лидера в СК . На корпусе лидера устанавливают не менее трех источников света. Координаты этих источников задают в СК и сообщают всем ведомым. На борт каждого ведомого робототехнического объекта устанавливают видеокамеру, в поле зрения которой попадают источники света мобильного робототехнического объекта лидера.

Лидеру сообщают информацию о заданной траектории движения, и его бортовая система управления обеспечивает его движение вдоль этой траектории в процессе выполнения миссий. Ведомые перемещаются за лидером, сохраняя их заданное положение относительно него в СК Для этого бортовые видеокамеры формируют изображения, на которых видны источники света, установленные на корпусе лидера. В зависимости от взаимного расположения лидера и соответствующего ведомого положение этих источников света на изображениях от бортовой камеры ведомого изменяются. Зная параметры бортовых видеокамер, пиксельные координаты световых маяков на непрерывно формируемом изображении, расположение и ориентацию каждой бортовой видеокамеры в СК с помощью итеративного метода численной оптимизации Ливенберга-Маркгвардта [Т. Strutz "Data Fitting and Uncertainty. A practical introduction to weighted least squares and beyond". 2nd edition, Springer Vieweg, 2016] вычисляют положение и ориентацию лидера в СК Затем вычисленные положение и ориентацию лидера в СК координаты точки желаемого положения конкретного ведомого относительно лидера в СК и информацию о текущей ориентацию этого конкретного ведомого используют для определения координат целевых точек этих ведомых в их СК

Координаты соответствующих целевых точек в СК подают на входы бортовых систем управления ведомых мобильных робототехнических объектов в качестве ошибок по положению. Отрабатывая эти ошибки, бортовые системы управления ведомых обеспечивают поддержание заданного положения соответствующего ведомого относительно лидера во время движения строем без обмена информацией между лидером и ведомыми и без согласования показаний их бортовых навигационных систем.

Изобретение относится к способу согласованного движения нескольких мобильных робототехнических объектов. Согласно способу, используют систему автономного управления движением группы мобильных робототехнических объектов. Группа состоит из лидера и ведомых. Ведомые движутся в заданном строе за лидером. Согласно способу, регулирует относительное движение и положение ведомых мобильных робототехнических объектов в строе и корректируют расстояние между лидером и ведомыми до достижения требуемых характеристик строя. На объект лидер устанавливают не менее трех источников света, расположение которых относительно центра масс лидера известно. На ведомые объекты устанавливают бортовые видеокамеры, в поле зрения которых находится лидер. В процессе согласованного движения ведомых в строе формируют изображения и пиксельные координаты источников света, установленных на лидере. Пиксельные координаты и известные исходные координаты источников света лидера сравнивают и используют для определения текущего положения и ориентации лидера относительно ведомого. Положение и ориентацию лидера используют для нахождения координат целевых точек, определяющих желаемое положение соответствующего ведомого в заданном строе. Достигается согласованное управление группой мобильных робототехнических объектов. 1 ил.

Способ согласованного движения нескольких мобильных робототехнических объектов, согласно которому используют систему автономного управления движением группы мобильных робототехнических объектов, состоящей из лидера и ведомых, движущихся в заданном строе за лидером, которая регулирует относительное движение и положение ведомых мобильных робототехнических объектов в строе и корректирует расстояние между лидером и ведомыми до достижения требуемых характеристик строя, отличающийся тем, что на мобильный робототехнический объект лидер устанавливают не менее трех источников света, расположение которых относительно центра масс лидера известно, а на ведомые мобильные робототехнические объекты устанавливают бортовые видеокамеры, в поле зрения которых находится лидер и которые в процессе согласованного движения ведомых в строе формируют изображения и пиксельные координаты источников света, установленных на лидере, эти пиксельные координаты и известные исходные координаты источников света относительно центра масс лидера сравнивают и используют для определения текущего положения и ориентации мобильного робототехнического объекта лидера относительно соответствующего ведомого мобильного робототехнического объекта, это положение и ориентацию лидера используют для нахождения координат целевых точек, определяющих желаемое положение соответствующего ведомого в заданном строе, сформированные координаты целевых точек подают на входы бортовых следящих систем соответствующих ведомых, которые, отрабатывая эти входные сигналы, обеспечивают сохранение всеми ведомыми мобильными робототехническими объектами своего места в строе относительно лидера.