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:

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.
Разработан по оригинальному методу компенсации динамики объекта и возмущений и реализован на опытном производственном участке новый алгоритм управления роботом-манипулятором, выполняющим процедуру напыления металлического покрытия на титановый имплантат-эндопротез с целью повышения биосовместимости поверхности имплантата,
Получен Патент РК № 8714 от 15.12.2023 на полезную модель «Способ напыления многослойных покрытий на имплантаты из титановых сплавов» по заявке 2023/0995.2 от 05.10.2023 (Авторы: Алонцева Д.Л., Прохоренкова Н.В., Красавин А.Л., Назенова Г.М.).
Сделаны доклады  на 3-х международных конференциях:
1) На Международной конференции в честь 65-летия образования ВКТУ имени Д. Серикбаева «Computational and Information Technologies in Science, Engineering and Education (CITech-2023), 2– 3 октября, г.Усть-Каменогорск, Казахстан, на секционном заседании МНС докторант PhD, Назенова Г.М. сделала доклад под названием «Development of a mathematical model of the control system for the dynamic motion of a flat manipulator with two rotational links by the method of compensating the object dynamics and perturbations» (авторы Kussaiyn-Murat A.,  Shadrin G., Nazenova G., Krasavin A., Аlontseva D), получен сертификат участника.
2) На международной конференции 13th International Advances in Applied Physics & Materials Science Congress & Exhibition (APMAS 2023), проходившей 11-17 октября 2023 в Олюдениз (Даламан-Фетхие) Мугла, Турция  ВНС Красавин А.Л. сделал 1 доклад , получен сертификат докладчика и опубликован 1 тезис: А. Krasavin*, D. Alontseva A. Kadyroldina The Use of Electron Microscopy for the Characterization of Biocompatible Materials and Robotic Microplasma-Sprayed Coatings// Book of Abstracts. 13th International Advances in Applied Physics & Materials Science Congress & Exhibition (APMAS 2023) 11-17 October 2023, pp 128-129  https://www.apmascongress.org/
3) На международной конференции 18th International Symposium on Applied Informatics and Related Areas (AIS 2023), проходившей 16 ноября 2023 в Обуда-университете, г. Секешфехервар, Венгрия, сделано 2 доклада: 1 пленарный доклад сделан руководителем проекта проф. Алонцевой Д.Л. на тему «Development of new control algorithms for a robotic manipulator for microplasma spraying of medical implant coatings» и 1 постерный доклад сделан МНС докторантом PhD Оразовой А., по которому опубликована 1 статья в сборнике трудов конференции: Krasavin A., Alontseva D., Kussaiyn-Murat А., Kadyroldina А., Orazova* А. A novel method for the identification of flat curves// Proceedings of 18th International Symposium on Applied Informatics and Related Areas (AIS 2023) Obuda University, November 16, 2023, Székesfehérvár, Hungary, ISBN 978-963-449-334-1, pp. 73-79. http://ais.amk.uni-obuda.hu/proceedings/2023/AIS_2023_Proceedings.pdf
Опубликована  1 статья в рецензируемом отечественном издании, рекомендованном КОКСНВО: Шадрин Г.К., Назенова Г.М., Құсайын-Мұрат Ә.Т., Красавин А.Л., Алонцева Д.Л Екі айналмалы байланысы бар жазық манипулятордың динамикалық қозғалысын басқару жүйесінің математикалық моделін объектінің динамикасы мен бұзылыстарын өтеу әдісімен әзірлеу Вестник ВКТУ им. Д. Серикбаева № 4, 2023, стр. 419-427 DOI 10.51885/1561-4212_2023_4_419.
Написан промежуточный научный отчет. Краткие сведения отчета по проекту зарегистрированы в НЦГНТЭ.

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.
Будет написана и подана  1  (одна) статья или обзор для публикации в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded и входящих в 1 (первый) и (или) 2 (второй) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 65 (шестидесяти пяти);  либо не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом научном издании, индексируемом в Science Citation Index Expanded и входящем в 1 (первый) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющем процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 80 (восьмидесяти).
Будет разработано программное обеспечение для программируемых устройств, входящих в состав мобильного робота, реализующего разработанные алгоритмы с применением методов машинного обучения.
Будет сделано не менее 3-х докладов на престижных 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.
Будет опубликована 1 монография в казахстанском издательстве. Монография может быть использована как в учебном процессе при обучении докторантов специальностей робототехника, приборостроение, автоматизация и управление, так и специалистами в инерциальной навигации, то есть конечными пользователями разрабатываемых научно-технических продуктов.
Будет защищена 1 диссертация PhD.
Будет написан итоговый научный отчет.

Инфографика

https://altaitv.kz/ru/news/18609

https://www.youtube.com/watch?v=HB7Y5ykeR7I&ab_channel=ALTAITV