НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК


НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ISSN (печатн.): 1814-1196          ISSN (онлайн): 2658-3275
English | Русский

Последний выпуск
№1(78) Январь - Март 2020

Коалиционная работа мобильных роботов и людей в социокиберфизической системе на базе онтологического подхода

Выпуск № 4 (77) Октябрь - Декабрь 2019
Авторы:

Тесля Николай Николаевич,
Чемоданов Михаил Николаевич,
Красильников Павел Николаевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2019-4-55-70
Аннотация

Мобильные роботы становятся в последние годы неотъемлемой частью жизни современного человека. Широкое распространение роботов-пылесосов, роботов-газонокосилок, роботов – мойщиков окон и других подобных устройств позволяет автоматизировать повседневные задачи человека. Революционный прогресс в области робототехники позволил создавать мощные ресурсоэффективные устройства, которые ориентированы на решение усложняющихся с каждым годом задач. При этом часто возникают задачи, для решения которых эффективно использовать несколько устройств, которые объединяются в коалиции между собой, а также с людьми. Для таких систем был предложен термин «социокиберфизические системы», тесно интегрирующий физические устройства с людьми и поддерживающий их взаимодействие в информационном пространстве. В статье представлен онтологоориентированный подход к совместной работе мобильных роботов в социокиберфизической системе. В качестве примера для такого взаимодействия был рассмотрен сценарий преодоления препятствий высокопроходимым мобильным роботом, взаимодействующим с квадрокоптером, для оценки этого препятствия и человеком-оператором, который берет на себя управление роботом в том случае, если преодоление препятствия в автоматическом режиме невозможно. Для апробации подхода были разработаны имитационные модели роботов в среде моделирования Gazebo, которые позволили проверить работоспособность предложенного подхода.


Ключевые слова: социокиберфизическая система, мобильные роботы, Gazebo, сценарий преодоления препятствий, онтология, контекст, коалиционная работа, информационное взаимодействие

Список литературы

1. Негрете М., Саваж Х., Контрерас-Толедо Л.Э. Система планирования движения бытового сервисного робота на основе алгоритмов пространственного представления и активной навигации // Труды СПИИРАН. – 2018. – Вып. 5 (60). – С. 5–38. – Текст англ.



2. Безрук Г.Г., Мартынова Л.А., Саенко И.Б. Динамический метод поиска антропогенных объектов в морском дне с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов // Труды СПИИРАН. – 2018. – Вып. 3(58). – С. 203–226.



3. Пшихопов В.Х., Медведев М.Ю. Групповое управление движением мобильных роботов в неопределенной среде с использованием неустойчивых режимов // Труды СПИИРАН. – 2018. – Вып. 5 (60). – С. 39–63.



4. Многоуровневая самоорганизация ресурсов киберфизической системы: контекстно-ориентированный подход и реализация / А.В. Смирнов, А.М. Кашевник, С.А. Михайлов, М.Д. Миронов // Искусственный интеллект и принятие решений. – 2015. – Вып. 4. – С. 3–11.



5. Guerrero J., Oliver G., Valero O. Multi-robot coalitions formation with deadlines: complexity analysis and solutions // Plos One. – 2017. – Vol. 12, N 1. – P. 1–26.



6. Koes M, Nourbakhsh I, Sycara K. Heterogeneous multirobot coordination with spatial and temporal constraints // 20th National Conference on Artificial Intelligence (AAAI). – Boston, USA, 2005. – P. 1292–1297.



7. Yu L, Cai Z. Robot exploration mission planning based on heterogeneous interactive cultural hybrid algorithm // 5th International Conference on Natural Computation. – Tianjin, China, 2009. – P. 583–587.



8. Qian B., Cheng H.H. Bio-inspired coalition formation algorithms for multirobot systems // Journal of Computing and Information Science in Engineering. – 2018. – Vol. 18, N 2. – P. 1–8.



9. Liang X., Xiao Y. Studying bio-Inspired coalition formation of robots for detecting intrusions using game theory // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B. – 2010. – Vol. 40, N 3. – P. 683–693.



10. A block chain based architecture for asset management in coalition operations / D. Verma, N. Desai, A. Preece, I. Taylor // Proceedings of SPIE. – 2017. – Vol. 10190. – P. 01900Y–101900Y-9.



11. Ferrer E.C. The blockchain: a new framework for robotic swarm systems // Proceedings of the Future Technologies Conference (FTC) 2018. – Cham: Springer, 2019. – Vol. 2. – P. 1037–1058. – (Advances in Intelligent Systems and Computing; vol. 881).



12. Shabanov V., Ivanov D. Organization of information exchange in coalitions of intelligent mobile robots // 2019 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2019. – Sochi, Russia, 2019. – P. 1–5.



13. Smart-M3-based robots self-organization in pick-and-place system / A. Smirnov, A. Kashevnik, N. Teslya, S. Mikhailov, A. Shabaev // 2015 17th Conference of Open Innovations Association (FRUCT). – Yaroslavl, Russia, 2015. – P. 210–215.



14. Hartanto R., Eich M. Reliable, cloud-based communication for multi-robot systems // 2014 IEEE International Conference on Technologies for Practical Robot Applications (TePRA). – Woburn, MA, USA, 2014. – P. 1–8.



15. Cloud-based task planning for smart robots / E. Tosello, Z. Fan, A.G. Castro, E. Pagello // Intelligent Autonomous Systems 14. – Cham: Springer, 2017. – P. 285–300. – (Advances in Intelligent Systems and Computing; vol. 531).



16. Ivanov D. Decentralized planning of intelligent mobile robot’s behavior in a group with limited communications // Advances in Intelligent Systems and Computing. – Cham: Springer, 2019. – Vol. 875. – P. 418–427.



17. Task allocation of intelligent warehouse picking system based on multi-robot coalition / F. Xue, H. Tang, Q. Su, T. Li // KSII Transactions on Internet and Information Systems. – 2019. – Vol. 13, N 7. – P. 3566–3582.



18. Alkilabi M.H.M., Narayan A., Tuci E. Cooperative object transport with a swarm of e-puck robots: robustness and scalability of evolved collective strategies // Swarm Intelligence. – 2017. – Vol. 11, N 3–4. – P. 185–209.



19. Multi-robot mission planning with static energy replenishment / B. Li, B. Moridian, A. Kamal, S. Patankar, N. Mahmoudian // Journal of Intelligent and Robotic Systems. – 2019. – Vol. 95 (2). – P. 745–759.



20. Guiding autonomous exploration with signal temporal logic / F.S. Barbosa, D. Duberg, P. Jensfelt, J. Tumova // IEEE Robotics and Automation Letters. – 2019. – Vol. 4, N 4. – P. 3332–3339.



21. Robust collaborative object transportation using multiple MAVs / A. Tagliabue, M. Kamel, R. Siegwart, J. Nieto // International Journal of Robotics Research. – 2019. – Vol. 38 (9). – P. 1020–1044.



22. A complete workflow for automatic forward kinematics model extraction of robotic total stations using the Denavit-Hartenberg convention / C. Klug, D. Schmalstieg, T. Gloor, C. Arth // Journal of Intelligent and Robotic Systems. – 2018. – Vol. 95. – P. 311–329.



23. Калязина Д., Кашевник А. Разработка и оценка онтологии социокиберфизической системы на основе анализа типовых сценариев использования мобильных роботов // Научный вестник НГТУ. – 2019. – № 2 (75). – С. 21–36. – DOI: 10.17212/1814-1196-2019-2-21-36.



24. Petrov M., Kashevnik A. Ontology-based indirect interaction of mobile robots for joint task solving: a scenario for obstacle overcoming // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 113. – Art. 02013. – P. 1–6.



25. Kashevnik A., Teslya N. Blockchain-oriented coalition formation by CPS resources: ontological approach and case study // Electronics. – 2018. – Vol. 7 (5). – P. 1–16.



26. Context-based coalition creation in human-robot systems: approach and case study / Smirnov A., Kashevnik A., Petrov M., Parfenov V. // Interactive Collaborative Robotics: 2nd International Conference, ICR-2017: Proceedings. – Cham: Springer, 2017. – P. 229–238. – (Lecture Notes in Artificial Intelligence; vol. 10459).



27. Ontology matching for socio-cyberphysical systems: an approach based on background knowledge / A. Smirnov, N. Teslya, S. Savosin, N. Shilov // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems. ruSMART 2017, NsCC 2017, NEW2AN 2017. – Cham: Springer, 2017. – P. 29–39. – (Lecture Notes in Computer Science; vol. 10531).



28. Kashevnik A., Smirnov A., Teslya N. Ontology-based interaction of mobile robots for coalition creation // International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems. – 2018. – Vol. 9 (2). – P. 63–78.



29. Среда моделирования Gazebo [Электронный ресурс]: web-сайт. – URL: http://gazebosim.org/ (дата обращения: 12.12.2019).



30. Фреймворк ROS Melodic [Электронный ресурс]. – URL: http://wiki.ros.org/melodic (дата обращения: 12.12.2019).



31. Пакет hector_quadrotor [Электронный ресурс]. – URL: http://wiki.ros.org/hector_quadrotor (дата обращения: 12.12.2019).



32. Пакет husky_gazebo [Электронный ресурс]. – URL:  http://wiki.ros.org/husky_gazebo/Tutorials/Simulating%20Husky (дата обращения: 12.12.2019).



33. Korzun D.; Kashevnik A.; Balandin S. Novel design and the applications of smart-M3 platform in the internet of things: emerging research and opportunities. – Hershey, PA: IGI Global, 2017. – 150 p. – (Advances in Web Technologies and Engineering). – ISBN 9781522526537.

Благодарности. Финансирование

Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных научных исследований по приоритетным направлениям, определяемым Президиумом Российской академии наук, «Новые разработки в перспективных направлениях энергетики, механики и робототехники». Предложенный онтологический подход выполнен в рамках проекта РФФИ 16-29-04349. Имитационные модели роботов были спроектированы в рамках проекта РФФИ 17-29-07073.

Для цитирования:

Тесля Н.Н., Чемоданов М.Н., Красильников П.Н. Коалиционная работа мобильных роботов в социокиберфизической системе на базе онтологического подхода // Научный вестник НГТУ. – 2019. – № 4 (77). – С. 55–70. – DOI: 10.17212/1814-1196-2019-4-55-70.

 

For citation:

Teslya N.N., Chemodanov M.N., Krasilnikov P.N. Koalitsionnaya rabota mobil'nykh robotov v sotsio-kiberfizicheskoi sisteme na baze ontologicheskogo podkhoda [Coalition-oriented mobile robot and people operation in social cyber-physical-systems based on the ontological approach]. Nauchnyi vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universitetaScience bulletin of the No-vosibirsk state technical university, 2019, no. 4 (77), pp. 55–70. DOI: 10.17212/1814-1196-2019-4-55-70.

Просмотров: 343