Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2019. Т. 28. № 3. C. 47-57. ISSN 2079-6641

DOI: 10.26117/2079-6641-2019-28-3-47-57

УДК 004.942

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ ОБСЛУЖИВАНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА НАЗЕМНОЙ СЕРВИСНОЙ ПЛАТФОРМЕ

К. Т. Нго¹², В. В. Нгуен¹, А. Л. Ронжин¹²

¹Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 67
²Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, 199178, г. Санкт-Петербург, 14 линия, 39

E-mail: ronzhin@iias.spb.su

Описано разработанное модельно-алгоритмическое обеспечение управления взаимодействием гетерогенных робототехнических комплексов при сервисном обслуживании беспилотных летальных аппаратов (БЛА) во время выполнения групповых сельскохозяйственных задач. Представлены основные этапы функционирования БЛА при выборе свободной для обслуживания наземной роботизированной платформы, обмене энергетическими и физическими ресурсами. Рассматриваются алгоритмы смены режимов работы БЛА при сервисном обслуживании. Описана рекомендующая система AgrobotModeling, обеспечивающая многокритериальную оценку оптимального количества БЛА и наземных платформ, необходимого для обработки заданной площади угодья.

Ключевые слова: обслуживание БЛА, наземной роботизированной платформы, AgrobotModeling, модельно-алгоритмическое обеспечени, оптимальная оценка

©Нго К. Т., Нгуен В. В., Ронжин А. Л., 2019

MSC 68T40

SIMULATION OF THE MAIN STAGES OF MAINTENANCE OF UNMANNED AERIAL VEHICLES ON THE GROUND SERVICE PLATFORM

Q. T. Ngo¹², V. V. Nguyen¹, A. L. Ronzhin¹²

¹St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, 190000, St. Petersburg, B. Morskaya St., 67
²St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the Russian Academy of Sciences, 199178, St. Petersburg, 14th line, 39

E-mail: ronzhin@iias.spb.su

The developed model-algorithmic support for controlling the interaction of heterogeneous robotic systems during the servicing of unmanned aerial vehicles (UAVs) during group agricultural tasks is described. The main stages of UAV operation are presented when choosing a free-to-service ground-based robotic platform, exchanging energy and physical resources. Algorithms for changing UAV operating modes during servicing are considered. Recommended system AgrobotModeling is described, which provides a multicriteria assessment of the optimal number of UAVs and ground platforms needed to process a given area of a land.

Key words: maintenance of UAVs, ground-based robotic platform, AgrobotModeling, model-algorithmic support, optimal assessment

©Ngo Q. T., Nguyen V. V., Ronzhin A. L., 2019

Список литературы/References

  1. 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. [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].
  2. Лавренов А. В., Суворова А. В., Пащенко А. Е., Тулупьев А. Л., “Особенности обработки данных и знаний об эпизодах социально-значимого поведения в окрестности интервью”, Труды СПИИРАН, 15:4 (2010), 246–262. [Lavrenov A. V., Suvorova A. V., Pashchenko A. Ye., Tulup’yev A. L., “Osobennosti obrabotki dannykh i znaniy ob epizodakh sotsial’no-znachimogo povedeniya v okrestnosti interv’yu”, Trudy SPIIRAN, 15:4 (2010), 246–262].
  3. Ватаманюк И. В., Панина Г. Ю., Ронжин А. Л., “Моделирование траекторий перемещения робототехнических комплексов при реконфигурации пространственного положения роя”, Робототехника и техническая кибернетика, 3:8 (2015), 52—57. [Vatamanyuk I. V., Panina G. YU., Ronzhin A. L., “Modelirovaniye trayektoriy peremeshcheniya robototekhnicheskikh kompleksov pri rekonfiguratsii prostranstvennogo polozheniya roya”, Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika, 3:8 (2015), 52—57].
  4. Фетисов В. С., Ахмеров Ш. Р., “Сравнительная характеристика автоматических зарядных и обменно-зарядных станций для обслуживания малых электрических беспилотных летательных аппаратов”, Авиакосмическое приборостроение, 2 (2019), 3—10. [Fetisov V. S., Akhmerov SH. R., “Sravnitel’naya kharakteristika avtomaticheskikh zaryadnykh i obmenno-zaryadnykh stantsiy dlya obsluzhivaniya malykh elektricheskikh bespilotnykh letatel’nykh apparatov”, Aviakosmicheskoye priborostroyeniye, 2 (2019), 3—10].
  5. Башилов А. М., Королев В. А., “Автономные беспилотные летательные аппараты в точных системах агропроизводства”, Вестник аграрной науки Дона, 3:43 (2018), 76—82. [Bashilov A. M., Korolev V. A., “Avtonomnyye bespilotnyye letatel’nyye apparaty v tochnykh sistemakh agroproizvodstva”, Vestnik agrarnoy nauki Dona, 3:43 (2018), 76-82].
  6. Jeong Y., Kweon I. S., “Relative Pose Estimation for an Integrated UGV-UAV Robot System”, ICIRA, I:LNAI 8102 (2013), 625-–636.
  7. Muskardin T., Balmer G., Persson L., Wlach S., Laiacker M., Ollero A., Kondak K., “A novel landing system to increase payload capacity and operational availability of high altitude long endurance UAV”, International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2016, URL: https://doi.org/10.1109/ICUAS.2016.7502668.
  8. Daly J. M., Ma Y., Waslander S. L., “Coordinated landing of a quadrotor on a skid-steered ground vehicle in the presence of time delays”, Autonomous Robots, 38 (2015), 179—191.
  9. Kemper P. F., Suzuki K. A. O., Morrison J. R., “UAV Consumable Replenishment: Design Concepts for Automated Service Stations”, Journal of Intelligent and Robotic Systems, 61(2011), 369—397.
  10. Меркулов А. А., “Конструктивно-технологическая схема роботизированного комплекса для внесения рабочих растворов”, Научное обеспечение агропромышленного комплекса, Сборник статей по материалам ХI Всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 95-летию Кубанского ГАУ и 80-летию со дня образования Краснодарского края, 2017, 402–403. [Merkulov A. A., “Konstruktivno-tekhnologicheskaya skhema robotizirovannogo kompleksa dlya vneseniya rabochikh rastvorov”, Nauchnoye obespecheniye agropromyshlennogo kompleksa, Sbornik statey po materialam KHI Vserossiyskoy konferentsii molodykh uchenykh, posvyashchennoy 95-letiyu Kubanskogo GAU i 80-letiyu so dnya obrazovaniya Krasnodarskogo kraya, 2017, 402–403].
  11. Чернышев В. В., Брискин Е. С., “Исследование взаимодействия шагающего движителя с экологически ранимым почвенным покровом”, Безопасность жизнедеятельности, 1 (2012), 34—38. [Chernyshev V. V., Briskin Ye. S., “Issledovaniye vzaimodeystviya shagayushchego dvizhitelya s ekologicheski ranimym pochvennym pokrovom”, Bezopasnost’ zhiznedeyatel’nosti, 1 (2012), 34—38].
  12. Sierra N. Young, Erkan Kayacan, Joshua M. Peschel., “Design and field evaluation of a ground robot for high-throughput phenotyping of energy sorghum”, Precision Agriculture, 20 (2019), 697—722.
  13. Гиндин С. И., Хомоненко А. Д., Ададуров С. Е., “Численный расчет многоканальной системы массового обслуживания с рекуррентным входящим потоком и «разогревом»”, Известия ПГУПС, 4 (2013), 92–101. [Gindin S. I., Khomonenko A. D., Adadurov S. Ye., “Chislennyy raschet mnogokanal’noy sistemy massovogo obsluzhivaniya s rekurrentnym vkhodyashchim potokom i «razogrevom»”, Izvestiya PGUPS, 4 (2013), 92–101].
  14. Рыжиков Ю. И., Теория очередей и управление запасами, Питер, Санкт-Петербург, 2001, 384 с. [Ryzhikov Yu. I., Teoriya ocheredey i upravleniye zapasami, Piter, Sankt-Peterburg, 2001, 384 pp.]
  15. Хомоненко А. Д., Численные методы анализа систем и сетей массового обслуживания, МО СССР, Санкт-Петербург, 1991, 179 с. [Khomonenko A. D., Chislennyye metody analiza sistem i setey massovogo obsluzhivaniya, MO SSSR, Sankt-Peterburg, 1991, 179 pp.]

Список литературы (ГОСТ)

  1. Андреев В. П., Плетенев П. Ф. Метод информационного взаимодействия для систем распределённого управления в роботах с модульной архитектурой // Труды СПИИРАН. 2018. Т. 57. №2. С. 134–160.
  2. Лавренов А. В., Суворова А. В., Пащенко А. Е., Тулупьев А. Л. Особенности обработки данных и знаний об эпизодах социально-значимого поведения в окрестности интервью // Труды СПИИРАН. 2010. Т. 15. №4. С. 246–262.
  3. Ватаманюк И. В., Панина Г. Ю., Ронжин А. Л. Моделирование траекторий перемещения робототехнических комплексов при реконфигурации пространственного положения роя // Робототехника и техническая кибернетика. 2015. №3(8). С. 52—57.
  4. Фетисов В. С., Ахмеров Ш. Р. Сравнительная характеристика автоматических зарядных и обменно-зарядных станций для обслуживания малых электрических беспилотных летательных аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2019. №2. С. 3—10.
  5. Башилов А. М., Королев В. А. Автономные беспилотные летательные аппараты в точных системах агропроизводства // Вестник аграрной науки Дона. 2018. №3(43). С. 76—82.
  6. Jeong Y., Kweon I. S. Relative Pose Estimation for an Integrated UGV-UAV Robot System ICIRA. 2013. vol I. LNAI 8102. pp. 625-–636.
  7. Muskardin T., Balmer G., Persson L., Wlach S., Laiacker M., Ollero A., Kondak K. A novel landing system to increase payload capacity and operational availability of high altitude long endurance UAV // International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2016, URL: https://doi.org/10.1109/ICUAS.2016.7502668
  8. Daly J. M., Ma Y., Waslander S. L. Coordinated landing of a quadrotor on a skid-steered ground vehicle in the presence of time delays // Autonomous Robots. 2015. vol. 38. pp. 179—191.
  9. Kemper P. F., Suzuki K. A. O., Morrison J. R. UAV Consumable Replenishment: Design Concepts for Automated Service Stations // Journal of Intelligent and Robotic Systems. 2011. vol. 61. pp. 369—397.
  10. Меркулов А. А. Конструктивно-технологическая схема роботизированного комплекса для внесения рабочих растворов // Научное обеспечение агропромышленного комплекса. Сборник статей по материалам ХI Всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 95-летию Кубанского ГАУ и 80-летию со дня образования Краснодарского края. 2017. C. 402–403.
  11. Чернышев В. В., Брискин Е. С. Исследование взаимодействия шагающего движителя с экологически ранимым почвенным покровом // Безопасность жизнедеятельности. 2012. №1. С. 34—38.
  12. Sierra N. Young, Erkan Kayacan, Joshua M. Peschel. Design and field evaluation of a ground robot for high-throughput phenotyping of energy sorghum // Precision Agriculture. 2019. vol. 20. pp. 697—722.
  13. Гиндин С. И., Хомоненко А. Д., Ададуров С. Е. Численный расчет многоканальной системы массового обслуживания с рекуррентным входящим потоком и «разогревом» // Известия ПГУПС. 2013. №4. С. 92–101.
  14. Рыжиков Ю. И. Теория очередей и управление запасами. Санкт-Петербург: Питер, 2001. 384 c.
  15. Хомоненко А. Д. Численные методы анализа систем и сетей массового обслуживания. Санкт-Петербург: МО СССР, 1991. 179 с.

Для цитирования: Нго К. Т., Нгуен В. В., Ронжин А. Л. Моделирование основных этапов обслуживания беспилотных летальных аппаратов на наземной сервисной платформе // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2019. Т. 28. № 3. C. 47-57. DOI: 10.26117/2079-6641-2019-28-3-47-57
For citation: Ngo Q. T., Nguyen V. V., Ronzhin A. L. Simulation of the main stages of maintenance of unmanned aerial vehicles on the ground service platform, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2019, 28: 3, 47-57. DOI: 10.26117/2079-6641-2019-28-3-47-57

Поступила в редакцию / Original article submitted: 30.09.2019


Нго Куок Тьен – Аспирант кафедры электромеханики и робототехники, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет аэрокосмического приборостроения» (ГУАП), г. Санкт-Петербург, Россия. Соискатель лаборатории автономных робототехнических систем, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук (СПИИРАН), г. Санкт-Петербург, Россия, ORCID: 0000-0003-0083-039X.
Ngo Kuok Tien – Ph.D. student of the department of electrical engineering and robotics, State University of Aerospace Instrumentation (SUAI), St. Petersburg, Russia. Сompetitor of laboratory of autonomous robotics systems, St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the Russian Academy of Sciences (SPIIRAS), St. Petersburg, Russia. ORCID: 0000-0003-0083-039X.


Нгуен Ван Винь – аспирант кафедры электромеханики и робототехники, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет аэрокосмического приборостроения» (ГУАП), г. Санкт-Петербург, Россия.
Nguyen Van Vinh – Ph.D. student of the department of electrical engineering and robotics, State University of Aerospace Instrumentation (SUAI), St. Petersburg, Russia.


Ронжин Андрей Леонидович – доктор технических наук, профессор, профессор РАН, заведующий кафедрой электромеханики и робототехники, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет аэрокосмического приборостроения» (ГУАП). Директор, главный научный сотрудник лаборатории автономных робототехнических систем, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук (СПИИРАН), г. Санкт-Петербург, Россия. ORCID: 0000-0002-8903-3508.
Ronzhin Andrey Leonidovich – Dr. Sc. (Tech.), Professor, Professor of RAS, Head of the department of electrical engineering and robotics, State University of Aerospace Instrumentation (SUAI). Director, chief researcher of laboratory of autonomous robotics systems, St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the Russian Academy of Sciences (SPIIRAS). St. Petersburg, Russia. ORCID: 0000-0002-8903-3508.