Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2020. Т. 33. № 4. C. 122-131. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска/Contents of this issue

Научная статья

УДК 519.71 + 62-182.78

Математические и алгоритмические модели реконфигурации модульной робототехнической системы

Н. А. Павлюк

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук» (СПб ФИЦ РАН), Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, лаборатория автономных робототехнических систем, 14 линия д. 39, г. Санкт-Петербург, 199178, Россия

E-mail: antei.hasgard@iias.spb.su

Обоснована актуальность научной проблемы разработки алгоритмических моделей и программных средств автономного соединения и взаимодействия модульных гомогенных роботов. Представлен обзор существующих модульных робототехнических устройств и модульных робототехнических систем. Рассмотрены разработанные концептуальная и теоретико-множественная модели модульной робототехнической системы. Описаны алгоритмы физического соединения и информационного взаимодействия гомогенных модульных робототехнических устройств при построении связанных пространственных структур.

Ключевые слова: алгоритм, модульное робототехническое устройство, конфигурация, реконфигурация, модульная робототехническая система, модульный робот.

DOI: 10.26117/2079-6641-2020-33-4-122-131

Поступила в редакцию: 18.11.2020

В окончательном варианте: 10.12.2020

Для цитирования. Павлюк Н. А. Математические и алгоритмические модели реконфигурации модульной робототехнической системы // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2020. Т. 33. № 4. C. 122-131. DOI: 10.26117/2079-6641-2020-33-4-122-131

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Павлюк Н. А., 2020

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Автор участвовал в написании статьи и полностью несет ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

Research Article

MSC 70B15 

Mathematical and algorithmic models of reconfiguration of a modular robotic system

N. A. Pavliuk

St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences (SPC RAS), St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the Russian Academy of Sciences, Laboratory of autonomous robotic systems, 39, 14th Line, 199178, St. Petersburg, Russia.

E-mail: antei.hasgard@iias.spb.su

The relevance of a research problem is justified, which consists in development of the algorithmic models and software components for autonomous connection and interaction of the modular homogeneous robots. A review of existing modular robotic devices and modular robotic systems is presented. Developed conceptual and set-theoretic models of a modular robotic system are considered. Algorithms of physical connection and data exchange of homogeneous modular robotic devices are described in context of composition of coupled spatial structures.

Key words: algorithm, modular robotic device, configuration, reconfiguration, modular robotic system, modular robot.

DOI: 10.26117/2079-6641-2020-33-4-122-131

Original article submitted: 19.11.2020

Revision submitted: 19.12.2020

For citation. Pavliuk N. A. Mathematical and algorithmic models of reconfiguration of a modular robotic system. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2020, 33: 4, 122-131. DOI: 10.26117/2079-6641-2020-33-4-122-131

Competing interests. The author declare that there are no conflicts of interest regarding authorship and publication.

Contribution and Responsibility. The author contributed to this article. The author is solely responsible for providing the final version of the article in print. The final version of the manuscript was approved by the author.

The content is published under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Pavliuk N. A., 2020

Список литература/References

1. Манько С. В., Лохин В. М., Романов М. П., “Концепция построения мультиагентных робототехнических систем”, Вестник МГТУ МИРЭА, 3 (2015). [Man’ko S.V., Lohin V. M., Romanov M. P., “Koncepcija postroenija mul’tiagentnyh robototehnicheskih sistem”, Vestnik MGTU MIRJeA, 3 (2015) (in Russian)].
2. Лохин В. М., Манько С. В., Романов М. П., Диане С. А., “Перспективы применения, принципы построения и проблемы разработки мультиагентных робототехнических систем.”, XII всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ, Москва, 2014. [Lohin V. M., Man’ko S.V., Romanov M. P., Diane S. A., “Perspektivy primenenija, principy postroenija i problemy razrabotki mul’tiagentnyh robototehnicheskih sistem.”, XII vserossijskoe soveshhanie po problemam upravlenija VSPU, Moskva, 2014 (in Russian)].
3. Андреев В. П., Плетенев П. Ф., “Метод информационного взаимодействия для систем распределённого управления в роботах с модульной архитектурой”, Труды СПИИРАН, 57:2 (2018), 134-160. [Andreev V. P., Pletenev P. F., “Metod informacionnogo vzaimodejstvija dlja sistem raspredeljonnogo upravlenija v robotah s modul’noj arhitekturoj”, Trudy SPIIRAN, 57:2 (2018), 134-160 (in Russian)].
4. Андреев В. П., Ким В. Л., Подураев Ю. В., “Сетевые решения в архитектуре гетерогенных модульных мобильных роботов”, Робототехника и техническая кибернетика, 3:12 (2016), 23-29. [Andreev V. P., Kim V. L., Poduraev Ju.V., “Setevye reshenija v arhitekture geterogennyh modul’nyh mobil’nyh robotov”, Robototehnika i tehnicheskaja kibernetika., 3:12 (2016), 23-29 (in Russian)].
5. Андреев В. П., Подураев Ю. В., “Функционально-модульный принцип построения гетерогенных мобильных роботов”, Экстремальная робототехника, 1:1 (2016), 39-49. [Andreev V. P., Poduraev Ju.V., “Funkcional’no-modul’nyj princip postroenija geterogennyh mobil’nyh robotov”, Jekstremal’naja robototehnika, 1:1 (2016), 39-49 (in Russian)].
6. Ронжин А. Л., Павлюк Н. А., Михальченко Д. И., “Конструкция и принципы функционирования магнитно-механических коннекторов модульного робота”, Прогресс транспортных средств и систем, VI Международная конференция, 2018, 9-11. [Ronzhin A. L., Pavljuk N. A., Mihal’chenko D. I., “Konstrukcija i principy funkcionirovanija magnitno-mehanicheskih konnektorov modul’nogo robota”, Progress transportnyh sredstv i sistem, VI Mezhdunarodnaja konferencija, 2018, 9-11 (in Russian)].
7. Hiroshi Kawano, “Distributed tunneling reconfiguration of cubic modular robots without meta-module’s disassembling in severe space requirement”, Robotics and Autonomous Systems, 124 (2020).
8. Rubenstein M., Shen W. M., “Scalable self-assembly and self-repair in a collective of robots”, IEEE/RSJ international conference on Intelligent robots and systems, IEEE, 2009, 1484-1489.
9. Rubenstein M., Ahler C., Nagpal R., “Kilobot: A low cost scalable robot system for collective behaviors”, IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2012, 3293-3298.
10. Hasbulah M. H., Jafar F. A., Hisham Nordin M., Yokota K., “Towards EEG-Based Brain-Controlled Modular Robots: Preliminary Framework by Interfacing OpenVIBE, Python and V-REP for Simulate Modular Robot Control”, Intelligent Manufacturing & Mechatronics, Lecture Notes in Mechanical Engineering, Springer, Singapore, 2018, 415-426 (in Russian).
11. Manzoor, S., Cho, Y.G. & Choi, Y., “Neural Oscillator Based CPG for Various Rhythmic Motions of Modular Snake Robot with Active Joints”, J Intell Robot Syst, 94 (2019), 641–654.
12. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю., “Групповое управление движением мобильных роботов в неопределенной среде с использованием неустойчивых режимов”, Труды СПИИРАН, 5:60 (2018), 39-63. [Pshihopov V. H., Medvedev M. Ju., “Gruppovoe upravlenie dvizheniem mobil’nyh robotov v neopredelennoj srede s ispol’zovaniem neustojchivyh rezhimov”, Trudy SPIIRAN, 5:60 (2018), 39-63 (in Russian)].
13. Веселов Г. Е., Лебедев Б. К., Лебедев О. Б., “Гибридный алгоритм управления роем гомогенных роботов в условиях ограниченного пространства”, Вестник РГУПС, 2 (2020), 72-82. [Veselov G. E., Lebedev B. K., Lebedev O. B., “Gibridnyj algoritm upravlenija roem
    gomogennyh robotov v uslovijah ogranichennogo prostranstva”, Vestnik RGUPS, 2 (2020), 72-82 (in Russian)].
14. Демин А. В., “Адаптивное управление роботами с произвольно заданной модульной конструкцией”, Известия Иркутского государственного университета. Серия «Математика», 29 (2019), 10-21. [Demin A.V., “Adaptivnoe upravlenie robotami s proizvol’no
    zadannoj modul’noj konstrukciej”, Izvestija Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Serija «Matematika», 29 (2019), 10-21 (in Russian)].