ИСТИНА

Проект направлен на разработку интеллектуальной робототехнической системы, предназначенной для выполнения исследовательских или сервисных задач в удаленных местностях (на Земле или на других телах Солнечной системы, имеющих атмосферу). Для зарядки аккумулятора, установленного на роботе, будет использоваться ветроэнергетическая установка на базе ветротурбины. В рамках проекта будет построена математическая модель, описывающая поведение системы в целом (динамика ровера с учетом аэродинамического воздействия на турбину, динамика токов в цепи блока зарядки аккумулятора и т.д.). Будет проведено обширное экспериментальное исследование функционирования различных подсистем робота (в том числе, в дозвуковой аэродинамической трубе НИИ механики МГУ). Будут разработаны методы идентификации параметров математических моделей, используемых для описания системы, и проведена идентификация на основе полученных экспериментальных данных. Будет построена система управления роботом, использующая различные источники информации об окружающей обстановке, в том числе, систему технического зрения. Будут проанализированы различные методы построения трехмерной модели окружающей среды и распознавания зрительных образов. В системе управления роботом будут использоваться как традиционные методы, основанные на решении дифференциальных уравнений, так и различные нейросетевые методы. Результаты, полученные в ходе реализации проекта, будут также использованы для подготовки и проведения различных научно-образовательных мероприятий, направленных на привлечение молодежи к решению задач космической робототехники.

The project is aimed at developing an intelligent robotic system designed to perform research or service tasks in remote areas (on Earth or on other bodies of the Solar System with an atmosphere). A wind turbine-based wind power plant will be used to charge the battery installed on the robot. Within the framework of the project, a mathematical model will be built describing the behavior of the system as a whole (the dynamics of the rover, taking into account the aerodynamic effect on the turbine, the dynamics of currents in the circuit of the battery charging unit, etc.). An extensive experimental study of the functioning of various subsystems of the robot (including in the subsonic wind tunnel of the Moscow State University Institute of Mechanics) will be conducted. Methods for identifying the parameters of mathematical models used to describe the system will be developed and identification based on the experimental data obtained will be carried out. A robot control system will be built using various sources of information about the environment, including a vision system. Various methods of constructing a three-dimensional model of the environment and recognizing visual images will be analyzed. The robot control system will use both traditional methods based on solving differential equations and various neural network methods. The results obtained during the implementation of the project will also be used to prepare and conduct various scientific and educational events aimed at attracting young people to solving problems of space robotics.

Будет предложена конструкция ровера, представляющего собой базу для разрабатываемой робототехнической системы. Будут созданы математические модели, описывающие кинематику и динамику ровера с учетом его конструктивных особенностей, и разработаны соответствующие алгоритмы управления. Будет разработан и изготовлен блок управления зарядкой аккумулятора, создана математическая модель этого блока и проведена идентификация параметров модели на основе данных, полученных в ходе целенаправленных экспериментов. Будет проведено имитационное моделирование процессов зарядки/разрядки аккумулятора и исследовано влияние параметров модели на характеристики этих процессов. Будет разработана и изготовлена ветроэнергетическая установка, состоящая из ветротурбины и генератора. Будет создана математическая модель, описывающая динамику этой установки вместе с подключенным к ней блоком зарядки аккумулятора. Будут проведены эксперименты по измерению аэродинамических характеристик ветротурбины при разных скоростях потока и разных значениях нагрузки, подключенной к генератору ветроэнергетической установки. С помощью экспериментальных и расчетно-аналитических методов будет исследовано влияние параметров (в том числе, состояния заряда аккумулятора, скорости потока и т.д.) на поведение ветротурбины и на характеристики процесса зарядки аккумулятора. Будет дана оценка влияния вращающейся ветроэнергетической установки на динамику ровера. Будет разработана система распознавания образов, устойчивая к вариациям объектов, а также аппаратная реализация этой системы. Будет разработана интеллектуальная система управления роботом. Будут разработаны алгоритмы планирования движения ровера по неровной поверхности с использованием карты высот. Будет создана система управления ровером, позволяющая оценивать окружающую обстановку и осуществлять навигацию (в том числе, с использованием технического зрения). Будет разработана комплексная математическая модель, описывающая динамику разрабатываемой интеллектуальной робототехнической системы в целом, включая шасси, бортовую ветроэнергетическую установку и систему управления.

Исследовательская группа 1 (лаборатория робототехники) имеет богатый опыт создания робототехнических систем различных типов (колесных и шагающих роботов, манипуляторов, экзоскелетов) от конструирования до управления. Имеются собственные микропроцессорные электронные модули для управления шаговыми, коллекторными и бесколлекторными двигателями. Созданные в лаборатории колесные роботы активно и массово используются в образовательных проектах для школьников, студентов и преподавателей (https://youtu.be/AHdTLsb7IZE, https://www.ntv.ru/video/2005604/). В лаборатории создан первый в России четырехногий аппарат (на собственной механической и электронной базе), на котором реализована динамическая ходьба (https://www.youtube.com/watch?v=T0R803lprV4). Сотрудниками лаборатории был решен ряд задач, связанных с моделированием динамики различных робототехнических систем (мобильных колесных роботов, шагающих роботов, биомедицинских устройств и т.д.), а также задач теории колебаний и небесной механики. Получено свидетельство на программное обеспечение. Исследовательская группа 2 (лаборатория общей механики) имеет многолетний опыт моделирования и исследования малых систем преобразования энергии ветра. В частности, были решены следующие задачи. Исследована динамика малых ветроэнергетических установок с горизонтальной и с вертикальной осью вращения. Исследовательская группа 3 обладает опытом разработки методов машинного зрения (нейросетевые и традиционные методы цифровой обработки изображений), программирования микроконтроллеров, в частности, в задачах обработки изображений, системного программирования (разработка операционных систем, драйверов для существующих операционных систем и т.п.).

Будет изготовлен прототип этой робототехнической системы, предназначенной для работы в удаленных локациях и оснащенной бортовой ветроэнергетической установкой для подзарядки аккумулятора и системой управления, позволяющей оперативно создавать карту окружающей местности (в том числе, с использованием технического зрения).