Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка информационно-управляющей системы для автономных подводных транспортных средств нового поколения с элементами искусственного интеллекта

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
автономный необитаемый подводный аппарат, высокоточное управление, навигация, планирование траекторий, подводный манипулятор, групповое управление, информационно-управляющие системы

Цель проекта:
Целью проекта является создание новых методов проектирования высокоэффективных автономных автоматических подводных транспортных комплексов нового поколения с существенно расширенными функциональными возможностями и показателями качества, способных выполнять различные подводно-технические работы и задачи в автоматическом режиме в условиях полной или частичной неопределенности с использованием нескольких совместно действующих АНПА, обладающих элементами искусственного интеллекта. Эту цель предполагается достичь посредством создания высококачественных информационно-коммуникационных управляющих систем нового типа, способных быстро формировать и реализовывать программу действий АНПА в процессе реализации поставленных задач и выполнения заданных миссий при непрерывных изменениях окружающей обстановки. Реализация поставленной в проекте цели позволит обеспечить эффективное решение в автоматическом режиме многих задач непрерывного мониторинга любых подводных коммуникаций, состояния окружающей среды вокруг нефте- и газодобывающих платформ, что является особенно актуальным в условиях Арктики, а также выполнение задач, связанных с обнаружением и разработкой полезных ископаемых и проведением аварийно-спасательных работ.

Основные планируемые результаты проекта:
1) Новый подход к построению архитектуры высококачественных информационно-управляющих систем АНПА, который позволит обеспечивать их простую модернизацию, расширение функциональных возможностей и максимально полное повторное использование уже разработанных модулей в новых систем управления. Кроме того, создаваемая архитектура информационно-управляющих систем даст возможность их использования для управления группой АНПА при совместном выполнении сложных миссий. Применение создаваемого нового подхода позволит существенно сократить временные и материальные затраты на разработку информационно-управляющих систем новых подводных робототехнических комплексов.
2) Новые эффективные методы и системы управления (робастные, адаптивные) движением АНПА по сложной пространственной траектории, обеспечивающие высокую точность этого движения в условиях неопределенности и переменности параметров проектируемых АНПА, а также наличия существенных взаимовлияний между их степенями свободы и неизмеряемых внешних воздействиях.
3) Новые методы оптимального формирования траекторий движения АНПА, учитывающие их динамические и кинематические свойства, что позволит планировать выполнение задания с учетом различных критериев (минимум затрат энергии, максимальная скорость движения и т.д.).
4) Новые методы оперативной диагностики различных устройств и систем АНПА, а также методы их аккомодации к выявленным неисправностям.
5) Эффективные методы управления группой АНПА, обеспечивающие выполнение различных подводных операций.
6) Проект технического задания на проведение ОКР.
7) Рекомендации и предложения по использованию (реализации, коммерциализации) результатов ПНИ.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разработанный в ходе выполнения проекта единый подход к построению интеллектуальных информационно-управляющих систем (ИИУС) подводных робототехнических комплексов, содержащих один или несколько АНПА, функционирующих в условиях неопределенности и существенной переменности параметров внешней среды, позволит создавать реальные универсальные образцы подводной техники нового поколения с принципиально новыми характеристиками и функциональными возможностями, которые смогут успешно заменить человека при выполнении многих важных функций и задач в экстремальных условиях подводного пространства.
Отличие указанных систем управления от традиционных будет заключаться в использовании нового принципа управления и согласованного формирования режимов движения АНПА по непрерывно формируемым пространственным траекториям с целью учета ограничений мощности движителей этих аппаратов. В результате будет создана эффективная многоуровневая система управления, обеспечивающая наиболее качественное (высокоточное) движение АНПА на предельно возможных скоростях по произвольным пространственным траекториям в процессе выполнения различных операций и миссий. Большая часть технологических операций, выполняемых в подводной среде, предполагает использование манипуляторов (сборка, ремонт, взятие проб и т.д.). При этом в процессе работы подводный манипулятор оказывает на подводный аппарат в режиме его зависания в водной среде силовое воздействие, которое приводит к его смещению относительно объекта работ, что существенно усложняет качественное выполнение поставленных манипуляционных задач. Для решения указанной проблемы в проекте будут созданы методы автоматической стабилизации положения и ориентации аппарата в процессе работы подводного манипулятора. Эти методы будут основаны как на создании движителями аппарата соответствующих компенсирующих силовых и моментных воздействий, так и на последующей незначительной автоматической коррекции траекторий движения рабочих инструментов подводных манипуляторов. По сравнению с существующими методами будут более точно учтены эффекты взаимодействия манипулятора с вязкой средой, что позволит существенно увеличить точность стабилизации аппарата в процессе выполнения им произвольных технологических операций. Важной задачей на решение которой направлен проект, является создание методов управления группой АНПА, что позволит существенно сократить время и стоимость выполнения подводных операций. Указанные методы учитывают задержки в передачи информации между отдельными подводными аппаратами группы и динамические свойства этих аппаратов при их движении в процессе выполнения операций, что позволяет избежать столкновений.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемый в ходе выполнения проекта единый подход к построению ИИУС подводных робототехнических комплексов, содержащих один или несколько АНПА, функционирующих в условиях неопределенности и существенной переменности параметров внешней среды, позволит создавать реальные универсальные образцы подводной техники нового поколения с принципиально новыми характеристиками и функциональными возможностями, которые смогут успешно заменить человека при выполнении многих важных функций и задач в экстремальных условиях подводного пространства. Эта многофункциональная подводная робототехника может быть использована для быстрого и качественного экологического мониторинга морских акваторий (особенно подо льдом) и трубопроводов, для поиска и обследованию затонувших объектов, для участия в подводных поисковоспасательных операциях, для строительства и эксплуатации донных сооружений и последующих инспекций (обследования) их технического состояния, для поиска месторождений полезных ископаемых, для обследования подводных частей судов, находящихся в сложной ледовой обстановке.

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения второго этапа проекта выполнена первая очередь (основная часть) комплексных научно-исследовательских работ, направленных на решение теоретических проблем, связанных с разработкой ИИУС АНПА, предназначенных для выполнения различных подводно-технических работ в автоматическом режиме в условиях полной или частичной неопределенности с использованием нескольких совместно действующих АНПА.
Разработана архитектура ИИУС АНПА, состоящая из совокупности взаимодействующих унифицированных компонентов и позволяющая реализовать простую расширяемость ее функциональных свойств. Был выделен базовый набор компонентов, который позволяет решать задачу высококачественного управления АНПА в условиях неопределенности окружающей среды, а также была сформирована система сообщений для этого базового набора компонентов ИИУС. Были составлены алгоритмы работы каждого компонента ИИУС и проведено математическое моделирование ее работы при различных ограничениях, накладываемых на параметры компонентов и каналов связи между ними. Результаты моделирования показали, что предложенная архитектура ИИУС полностью удовлетворяет требованием ТЗ на ПНИ и обладает большим потенциальными возможностями для дальнейшего расширения.
Разработан метод синтеза простых для реализации систем управления (СУ) движением АН-ПА, но обеспечивающих высокую динамическую точность управления движением АНПА по заданным сложным траекториям.
Разработан метод комплексирования данных, полученных от бортовых навигационных датчиков и видеокамер АНПА, позволяющий реализовывать навигационные системы, построенные на относительно недорогих датчиках и обеспечивающих точную навигацию АНПА вблизи объекта работ.
Разработаны методы синтеза систем, позволяющих увеличить эффективность выполнения многих важных технологических операций, выполняемых с помощью бортовых манипуляторов. При этом достоинством предложенных решений является их простая реализация, а также возможность использования для реализации процесса полностью автоматического выполнения указанных операций.
Разработан обобщенный алгоритм диагностирования и аккомодации к дефектам в навигационных датчиках и движителях АНПА, который позволит повысить надежность функционирования АНПА.