Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0102

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0102
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет"
Название доклада
Дистанционная модификация интеллекта робототехнических средств космического назначения для повышения живучести и обеспечения продолжения функционирования при изменениях миссий
Докладчик
Ивченко Валерий Дмитриевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Реализация проекта направлена на решение проблемы дистанционной модификации интеллекта для повышения живучести робототехнических средств космического назначения (РСКН) и обеспечения продолжения их функционирования при изменениях миссий.
Целями реализуемого проекта являются:
− разработка научно-технических решений в области робототехнических систем и технологий в составе орбитальных космических аппаратов и напланетных (Луна, Марс) комплексов с целью освобождения космонавтов (астронавтов) от рутинных операций и операций, связанных с повышенным риском;
− повышение живучести робототехнических средств космического назначения и обеспечение продолжения их функционирования при изменении миссий за счет разработки технологий дистанционной модификации интеллекта.
Актуальность и новизна исследования
Реализация проекта позволит повысить живучесть и автономность робототехнических средств космического назначения за счет использования технологий дистанционной модификации интеллекта на основе реконфигурирования аппаратного обеспечения, реализованного на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
 Применение полученных результатов проекта обеспечит:

− высокий уровень живучести РСКН ‒ способности выполнять задания в условиях выхода из строя части механических узлов, части аппаратного либо программного обеспечения, или в условиях не предусмотренных ранее изменений параметров внешней среды;
− высокий уровень универсальности ‒ способности РСКН продолжать свое функционирование при смене целей задания или способов их достижения, что по предварительным оценкам позволит повысить срок жизненного цикла РСКН в некоторых задачах применения на 15-20%.
овым технологическим решением является применение технологий динамического реконфигурирования для дистанционной модификации интеллекта РСКН в процессе их автономного функционирования. Предложены новые методы обеспечения надежности реконфигурирования.
Описание исследования

Разработан цифровой модуль интеллектуального управления мобильными робототехническими средствами космического назначения, обеспечивающий связь мобильного робота с удаленным центром сопровождения, осуществляемую посредством стандартных интерфейсов беспроводной связи. РСКН получает из удаленного центра сопровождения новые файлы конфигурации для выполнения реконфигурации ПЛИС по внешней команде. После получения нового файла конфигурации выполняется проверка целостности принятых данных методом расчета и сравнения контрольной суммы. В случае, если проверка целостности принятых данных проходит успешно, новая конфигурация сохраняется в памяти модуля интеллектуального управления и может быть использована для выполнения реконфигурации ПЛИС. В противном случае принятые данные отбрасываются как некорректные, а в удаленный центр сопровождения направляется соответствующее уведомление. Кроме того, цифровой модуль интеллектуального управления мобильными РСКН осуществляет передачу в удаленный центр сопровождения информацию о состоянии мобильного робота и исследовательские данные, полученные в ходе выполнения миссии. Аналогично организован обмен данными между РСКН в составе группы. РСКН, входящие в одну группу, могут обмениваться друг с другом статусной информацией, что позволяет им коллективно выполнять общие задания и автоматически подменять друг друга в случае невозможности по той или иной причине выполнять текущие цели миссии одному или нескольким роботам из группы. Информация об окружающей обстановке поступает в модуль интеллектуального управления от встроенных в подвижный модуль видеокамер и лазерного дальномера. На основании этих данных осуществляется управление движением подвижного модуля РСКН и действиями руки-манипулятора. Обработка полученных данных производится в три этапа: первоначальный набор оцифрованных данных от датчиков регистрируется в памяти модуля интеллектуального управления и подвергается масштабированию, после чего производится интерпретация показаний датчиков, результатом которой является информация о положении подвижного модуля РСКН и руки-манипулятора относительно текущей цели и потенциальных препятствий к ее достижению. Результат интерпретации показаний датчиков затем используется алгоритмом управления движением РСКН или руки-манипулятора для формирования команд на исполнительные устройства, необходимых для достижения заданной цели и избегания препятствий. Управление движением РСКН осуществляется посредством формирования команд на двигатели, вращающие колеса подвижного модуля РСКН. Управление манипулятором РСКН осуществляется посредством формирования команд на приводы манипулятора, отвечающие за его перемещение по заданным степеням свободы. Реконфигурация ПЛИС может осуществляться по команде из удаленного центра сопровождения или автономно при изменении целей миссии РСКН или способов их достижения. Реконфигурация также может быть инициирована для устранения обнаруженных неисправностей в функционировании РСКН. Самопроверка узлов РСКН осуществляется при инициализации аппаратно-реконфигурируемого цифрового модуля интеллектуального управления и далее периодически в процессе функционирования. При обнаружении неисправности запускается процедура самодиагностики, включающая анализ значений диагностических параметров в штатном режиме функционирования РСКН (пассивная диагностика) и самотестирование на основе заданного для конкретной конфигурации набора тестовых воздействий. Определение типа неисправности и ее локализация осуществляются с использованием нейросетевого классификатора. При возможности устранения обнаруженной неисправности с использованием доступных аппаратных ресурсов ПЛИС инициируется процедура реконфигурации. В противном случае выполнение текущей миссии РСКН приостанавливается и соответствующее уведомление направляется в удаленный центр сопровождения. Процедура самопроверки также осуществляется каждый раз при загрузке новой конфигурации в ПЛИС. Если самопроверка завершается успешно, управление РСКН переключается на использование новой конфигурации, иначе продолжается работа согласно предыдущей конфигурации. При возможности устранения обнаруженной неисправности в новой конфигурации производится повторная попытка реконфигурации, в противном случае реконфигурация отменяется и соответствующее уведомление направляется в удаленный центр сопровождения.

Результаты исследования

Сформулированы требования к аппаратно-программному обеспечению технологий дистанционной модификации интеллекта, требования к порядку функционирования и характеристикам контроллера реконфигурации и требования к аппаратно-реконфигурируемому цифровому модулю интеллектуального управления мобильными робототехническими средствами космического назначения (РСКН), в совокупности составляющие теоретический базис для технической реализации технологий дистанционной модификации интеллекта для повышения живучести РСКН и обеспечения продолжения их функционирования при изменениях целей миссий и способов их достижения. На основе разработанных требований предложены алгоритмы реконфигурирования аппаратного обеспечения интеллектуального управления мобильными РСКН, обеспечивающие надежную дистанционную модификацию интеллекта в реальном масштабе времени, и функциональная структура аппаратно-реконфигурируемого цифрового модуля интеллектуального управления мобильными РСКН. Аппаратно-реконфигурируемый цифровой модуль интеллектуального управления мобильными РСКН предназначен для управления оборудованием стратегического, тактического и приводного уровней, обеспечения взаимодействия между ними, а также содержит контроллер реконфигурации. Надежность реконфигурирования обеспечивается за счет использования многодоменной архитектуры и контроллера реконфигурации, осуществляющего выполнение процедур самопроверки и самотестирования, включая нейросетевую классификацию неисправностей, возникающих в процессе дистанционной модификации интеллекта. Разработанные алгоритмы обработки событий на тактическом уровне и алгоритмы взаимодействия оборудования стратегического, тактического и приводного уровней обеспечивают управление мобильной РСКН, в том числе, в составе коллектива роботов. Разработаны программа и методики экспериментальных исследований программного комплекса нейросетевой классификации неисправностей, возникающих в процессе дистанционной модификации интеллекта мобильных РСКН и программный комплекс для проведения экспериментальных исследований. Проведены экспериментальные исследования программного комплекса нейросетевой классификации неисправностей, возникающих в процессе дистанционной модификации интеллекта мобильных РСКН, по результатам по результатам которых проведена доработка алгоритмов нейросетевой классификации неисправностей, возникающих в процессе дистанционной модификации интеллекта мобильных РСКН, а также функциональной структуры и временных диаграмм работы аппаратно-реконфигурируемого цифрового модуля интеллектуального управления мобильными РСКН. Выполнена технико-экономическая оценка полученных результатов прикладных научных исследований.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты проекта могут быть использованы в областях космических исследований и робототехники.
Технологии модификации искусственного интеллекта робототехнических систем найдут свое применение в рамках программ Луны и Марса, в частности:

− для подготовки и организации пилотируемых экспедиций на Луну и, в дальнейшем, на Марс с целью их глубокого изучения и поиска возможностей промышленного освоения;

− для осуществления миссий по определению перспектив, созданию предпосылок к развитию программ освоения Луны и Марса до уровня научно-исследовательской и промышленной инфраструктуры на этих космических объектах, а в будущем и создания условий для жизнедеятельности людей.
Реализация проекта будет способствовать повышению эффективности использования РСКН и, как следствие, сокращению стоимости осуществления космических миссий.