Математическая модель и алгоритмы управления группой наземных роботов с перераспределением энергетических ресурсов

Аннотация

Введение: использование нескольких гомогенных или гетерогенных роботов для решения целевых задач дает преимущества в виде снижения затрат времени или расширения функциональных возможностей по сравнению с одиночным роботом. При этом также возрастает количество ресурсов, необходимое для обеспечения работы группы роботов. Цель: повышение эффективности группы роботов, функционирующей на открытой местности с рельефной поверхностью, посредством перераспределения энергетических ресурсов внутри группы. Результаты: представлены математическая модель и алгоритмы функционирования группы роботов, часть которых определена рабочими, а другая часть — заряжающими. Роботы-рабочие направлены исключительно на выполнение поставленных целевых задач, а роботы-заряжающие пополняют их энергетические ресурсы. Предлагаемый подход учитывает ограниченный энергетический ресурс заряжающих роботов и потери при передаче энергии между роботами, что позволяет применять разработанные решения для роботов, оборудованных бесконтактными системами передачи энергии. Выбор точек, в которых осуществляется передача энергии, происходит с учетом рельефа поверхности рабочего пространства, что упрощает процесс позиционирования роботов и повышает эффективность передачи энергии бесконтактным способом. Посредством имитационного моделирования в среде Gazebo проведено сравнение общего времени выполнения задач группами, функционирующими с традиционными принципами и на основе представленного подхода. В группе без перераспределения ресурсов все роботы были рабочими и выполняли целевые задачи. Вторая группа была разделена поровну на роботов-рабочих и роботов-заряжающих. Полученные при моделировании результаты показывают общую тенденцию более быстрого выполнения задач группой, функционирующей с перераспределением ресурсов при увеличении расстояния до задач и их количества. Практическая значимость: предлагаемый подход с перераспределением ресурсов позволяет расширить область функционирования группы роботов и использовать ее для потенциально более энергоемких задач.