Наименование конкурса в рамках которого реализуется проект: Конкурс на грантовое финансирование научных и (или) научно-технических проектов на 2023-2025 годы.
Руководитель проекта: Алонцева Дарья Львовна, доктор физико-математических наук, профессор.
Идентификаторы:
- Scopus Research ID 6506822578 (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6506822578)
- ORCiD: 0000-0003-1472-0685 (https://orcid.org/0000-0003-1472-0685)
- Web of Science Researcher ID H-1535-2014 (https://www.webofscience.com/wos/author/record/151646)
- Mendeley (https://www.mendeley.com/reference-manager/library/all-references)
Исследовательская группа проекта
№ | ФИО | Должность по проекту | Идентификаторы (Scopus Author ID, Researcher ID, ORCID, если имеются) и ссылки на соответствующие профили | ||
---|---|---|---|---|---|
1 | Шадрин Геннадий Константинович | ВНС | Scopus Author ID https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57170401000 ORCID https://orcid.org/0000-0002-4716-8383 |
||
2
|
Красавин Александр Львович | ВНС | Scopus Author ID https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57189326266 | ||
3 | Русакова Алена Викторовна | СНС | Scopus Author ID https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55669597600 Web of Science Researcher ID: O-8504-2017 https://www.webofscience.com/wos/author/record/1774379 |
||
4 | Жилкашинова Альмира Михайловна | СНС | Web of Science Researcher ID P-5882-2017 https://app.webofknowledge.com/author/record/27689909 Scopus Author ID 55890420000 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55890420000 ORCID 0000-0003-0948-2280 |
||
Молодые ученые (до 40 лет + обучающие (Студенты, магистранты)) | |||||
№ | ФИО | Должность по проекту | Идентификаторы (Scopus Author ID, Researcher ID, ORCID, если имеются) и ссылки на соответствующие профили | Примечание (ППС, студент, магистрант, доктарант) | |
1 | Кадыролдина Альбина Талапжановна | СНС | Scopus Author ID https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57202922020 ORCID https://orcid.org/0000-0001-5572-4792 |
ППС | |
2 | Құсайын-Мұрат Әсел Түгелбайқызы | СНС | Scopus Author ID https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57207456820 ORCID https://orcid.org/0000-0001-6867-6638 |
ППС | |
3 | Хожанов Александр Рафаэльевич | СНС | Scopus Author ID https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57220782525, ORCID https://orcid.org/0000-0002-3298-6359 |
Докторант PhD, Специальность «Техническая физика» | |
4 | Оразова Арайлым Жанболаткызы | МНС | ORCID https://orcid.org/0000-0002-3913-4562 | ||
5 | Толыкбаева Марал Бакыткановна | МНС | Докторант PhD, Специальность «Автоматизация и управление» | ||
6 | Назенова Гаухар Мырзабекқызы | МНС | ORCID https://orcid.org/0000-0002-5415-094X | Докторант PhD Специальность «Автоматизация и управление» | |
7 | Порубов Дмитрий Александрович | Инженер | ППС |
Аннотация проекта
В настоящее время применение технологии MEMS (микроэлектрономеханических систем) очень перспективно для управления мобильными роботами. MEMS-датчики инерции миниатюрны, легки и дешевы, обладают высокой скоростью проведения измерений и оснащены стандартными цифровыми интерфейсами связи. Однако, применение MEMS-технологий для задач управления, сопряженных с решением проблемы установления пространственной ориентации объекта и восстановления траектории его движения, ограничено высокой зашумленностью данных датчиков инерции.
Основная идея проекта заключается в интеграции системы инерциальной навигации и системы автоматического управления мобильного робота в единую систему, использующую методы машинного обучения и данные MEMS датчиков инерции в качестве сигналов обратной связи для управления и навигации робота. Машинное обучение будет осуществляется по архивам данных работы системы управления для разных заданных траекторий. Входные данные для обучения будут рассчитаны как разница между реальной и заданной траекториями мобильного робота.
Основная проблема, на решение которой нацелен проект – это точное определение положения и ориентации мобильных роботов для произвольных видов движения и применимость технологии MEMS-датчиков, данные которых обладают сильной зашумленностью, для промышленности (робототехники) и проектирования потребительской техники. Проблема будет решаться путем применения методов машинного обучения для нелинейных систем автоматического управления и разработки новых алгоритмов восстановления траектории робота по данным MEMS датчиков инерции (акселерометров, гироскопов).
Цель проекта:
Создание алгоритмов определения положения и пространственной ориентации мобильного робота по данным микроэлектромеханических (MEMS) датчиков инерции и разработка методов автоматического управления мобильным роботом для систем, использующих данные MEMS датчиков в качестве сигнала обратной связи. Отличительная черта – применение методов машинного обучения для решения задач навигации и автоматического управления роботом.
Ожидаемые и достигнутые результаты проекта:
Год | Полученные результаты по исследованиям Публикаций (со ссылками на них) и патентов; информация для потенциальных пользователей. |
---|---|
2023 год |
Выполнен сравнительный анализ достоинств и недостатков существующих современных решений, изложенных в достоверных, рецензируемых открытых источниках (журнальные статьи, материалы конференций, монографии, патенты). Базируясь на результатах анализа новейших достижений в областях применения методов машинного обучения в инерциальной навигации и MEMS датчиков инерции в системах навигации мобильных роботов, на сравнении достоинств и недостатков существующих подходов, были уточнены технические характеристики закупленного в 2023 году оборудования, необходимого для достижения цели проекта (ноутбук для работы со стереокамерой, плата разработчика для быстродействующего 32-битного микроконтроллера, стереокамера, камера слежения, модули MEMS датчиков), которое будет использоваться также после окончания проекта для выполнения исследований по определению пространственной ориентации мобильных роботов с использованием MEMS датчиков-инерции методами машинного обучения и инерциальной навигации и обучения специалистов в данных областях. |
2024 год |
Разработана среда для компьютерной симуляции определения положения и пространственной ориентации мобильного робота по данным MEMS-датчиков: созданы два компонента среды компьютерной симуляции: симулятор данных MEMS датчиков, установленных на подвижной платформе и симулятор мобильной платформы. Симулятор данных MEMS датчиков инерции включает в себя интерфейс, позволяющий пользователю задавать траекторию мобильной платформы и временные параметры ее прохождения, а также задавать параметры случайных и систематических погрешностей, моделируемых MEMS датчиков инерции. Симулятор мобильной платформы (колесного робота, движение и управление которым осуществляется двумя коллекторными двигателями постоянного тока) включает в себя симуляторы приводов двигателей и симулятор данных MEMS датчиков, укрепленных на роботе. Симулятор данных MEMS датчиков инерции позволяет отрабатывать алгоритмы для системы навигации мобильного робота, а симулятор мобильной платформы дает возможность работы с алгоритмами автоматического управления мобильным роботом. Созданы и отлажены методами компьютерной симуляции алгоритмы управления и навигации мобильного робота по данным MEMS датчиков инерции. Разработаны алгоритмы траекторного управления и навигации, а также управления скоростью и курсом четырехколесного мобильного робота по методу компенсации динамики и возмущений. Проведена отладка и тестирование разработанных алгоритмов управления, в которых данные MEMS датчиков инерции используются для стабилизации траектории мобильного колесного робота. Выполнено математическое моделирование и компьютерная симуляция для оценки качества управления. Разработанные алгоритмы управления обеспечивают прохождение задаваемой траектории мобильной платформы и временных параметров ее прохождения. Сделано 4 доклада на международных конференциях. с публикацией и/или представлением на вебсайтах конференций тезисов докладов, с целью распространения результатов работ среди потенциальных пользователей, сообщества ученых и широкой общественности: 1 доклад на международной конференции «Engineering Education: Challenges, Trends, Best Practices (EE: CTBP)», 3-4 октября 2024 года в г. Усть-Каменогорск (Казахстан), получен сертификт докладчика. Доклад А.L. Krasavin, G.М. Nazenova, D.L. Аlontseva, K. Askaduly «Trajectory tracking simulation of a wheeled mobile robot» будет опубликован в 2025 году в журнале «Вестник ВКТУ имени Д.Серикбаева», рекомендованном КОКСНиВО МН ВО РК по направлению «ИКТ». 1 доклад на международной конференции 14th International Advances in Applied Physics & Materials Science Congress & Exhibition (APMAS 2024), 8-14 октября 2024, Даламан, Мугла, Турция, получен сертификат докладчика и опубликован 1 тезис: A. Krasavin, D. Alontseva, A. Kadyroldina, A. Kussaiyn-Murat «Manufacturing of biocompatible coatings for medical implants using robotic microplasma spraying: ensuring coating uniform thickness and specified porosity» ID.2627 Book of Abstracts APMAS 2024, р.179. 1 доклад на международной конференции 19th Symposium on Applied Informatics and Related Areas (AIS 2024), 14 ноября 2024 в Обуда-университете, г. Секешфехервар, Венгрия, опубликована 1 статья в сборнике трудов конференции: Krasavin A., Alontseva D. Nazenova G, «Software Simulation of a Microcontroller-Based Wheeled Mobile Robot». Proceedings of 19th International Symposium on Applied Informatics and Related Areas (AIS 2024) Obuda University, November 14, 2024, Székesfehérvár, Hungary, рр. 81-89. 1 доклад на Международной конференции IEEE SENSORS 2024 с приглашенным докладом на тему «Application of Compensation Algorithms to Control the Speed and Course of a Four-Wheeled Mobile Robot» в г. Дюссельдорф, Германия, 5-12 сентября (Сертификат лучшего доклада) 1 статья «Application of Compensation Algorithms to Control the Speed and Course of a Four-Wheeled Mobile Robot» (авторы: Шадрин Г., Красавин А., Назенова Г., Құсайын-Мұрат Ә., Кадыролдина А., Хайдеггер Т., Алонцева* Д.) опубликована в журнале Sensors 2024; 24(22):7233. https://doi.org/10.3390/s24227233 Журнал Sensors (MDPI): Web of Science Journal Rank: JCR - Q2 (Instruments & Instrumentation) / CiteScore - Q1 (Instrumentation) Impact Factor: 3.4. Scopus процентиль (2023) 83% (Instrumentation) Написан промежуточный научный отчет. Краткие сведения отчета по проекту зарегистрированы в НЦГНТЭ. |
2025 год |
Будет создана экспериментальная среда для натурных экспериментов: спроектирован и смонтирован экспериментальный мобильный робот для апробации разработанных алгоритмов навигации и автоматического управления платформой. |
Инфографика
https://altaitv.kz/ru/news/18609
https://www.youtube.com/watch?v=HB7Y5ykeR7I&ab_channel=ALTAITV