CC BY
67
псевдографом. Ребра такого графа будут иметь кратность, которая будет представлять количество цитирующих ссылок.
Использование теории графов в области данной темы необходимо для рационального хранения информации о публикационных коллаборациях, поскольку одним из способов хранения графа является создание матрицы смежности.
При организации хранения графа в виде матрицы смежности вершин будет получена квадратная несимметричная матрица с ненулевыми элементами на главной диагонали. Каждый элемент матрицы представлен в виде структуры, которая содержит поле кратности ребра и одномерный массив со структурированными элементами, подробная структура которых будет рассмотрена при дальнейшем исследовании.
Список использованной литературы:
1. Логунова, О С. Результаты анализа публикационной активности профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» / О.С. Логунова, А.В. Леднов, В.В. Королева // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2014. - № 3 (47). - С. 78-87.
2. Логунова, О.С. Динамика показателей публикационной активности профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» / О.С. Логунова, Л.Г. Егорова, В.В. Королева // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2015. - №3. - С. 101-112.
3. Логунова О.С. Управление деятельностью профессорско-преподавательского состава: моделирование и прогнозирование показателей рейтинговой системы / О.С. Логунова, Е.А. Ильина, В.В. Королева, А.У. Ахметова // Вестник ВГУИТ. - 2016. - № 3. - С. 1-3.
4. Харари Ф. Теория графов / Ф. Харари. - М.: Мир. - 1973. - 300с.
5. Оре О. Терия графов / О. Оре. - М.: Наука. - 1980. - 336с.
© Арефьева Д.Я., 2017
УДК 531.8
П.М. Близнец
ведущий инженер НИИСМ МГТУ им. Н.Э. Баумана В.И. Рубцов
к.т.н, доцент кафедры «Специальная робототехника и мехатроника»
МГТУ им. Н.Э. Баумана К.В. Коновалов студент 2 курса магистратуры факультета СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана И.А. Бошляков студент 2 курса магистратуры факультета СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Москва, Российская Федерация Е-mail: kafsm7@sm.bmstu.ru
ДОМАШНИЙ ОХРАННЫЙ РОБОТ НА БАЗЕ ШАГАЮЩЕГО ДВИЖИТЕЛЯ
Аннотация
Проведён анализ существующих шасси домашних роботов. Предложена уникальная конструкция
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_
шагающего робота, позиционируемый как сервисный робот для работ по дому. Сформирована структура домашнего робота. Определен набор функций робота-охранника на базе шагающего движителя.
Ключевые слова
Домашний робот, четвероногий шагающий движитель, робот-охранник, кинематическая модель, структура домашнего робота.
Введение
Современные технологии за последние несколько лет сделали огромный прорыв в робототехнике. Данная сфера продолжает активно развиваться и удивлять новыми интересными решениями в области сервисных роботов. Сегодня человеком созданы различные модели роботов, заменяющие его в различных сферах деятельности: охрана, обслуживание, управление информацией и т.д. Однако данные устройства всегда ассоциировались с далеким будущим, а сегодня некоторые модели можно легко купить. В ближайшие десятилетия всё более совершенные роботы станут незаменимыми помощниками людей и смогут взять на себя обеспечение значительной части бытовых задач. Современная жизнь городского жителя невероятно насыщена, в которой всегда не хватает свободного времени. Помочь обывателю можно переложив часть повседневных обязанностей на роботов по дому. Робот может принести оставленный сотовый телефон, напомнить о запланированной встрече, или охранять вашу квартиру. Целью данной работы является разработка робота-охранника. Предлагается использовать единый тип шасси для перемещения в среде, приспособленной для обитания человека: здания с узкими проходами, резкими поворотами, и т.д.
Постановка задачи
Целью исследования является разработка робота-охранника, предназначенного для работ по дому. Для этого необходимо выбрать шасси для перемещения в жилых помещениях, состоящих из одной или нескольких смежных комнат с отдельным наружным выходом, составляющую отдельную часть дома. Сформировать функциональную структуру, состав датчиков и комплекс специального оборудования для робота.
Анализ рынка домашних роботов
Проведем анализ рынка домашних роботов с целью выявления шасси, которое может эффективно использоваться в квартире.
К роботам для дома можно отнести роботов, которые, помогают людям в офисах, домах и садовых участках. В таких роботах встроены сенсоры, которые могут обнаружить любое препятствие, и помогают роботам свободно передвигаться, не на, что не натыкаясь. Например, домашний робот-уборщик «Assistant Robot» [1] (рис. 1а). Он способен складывать в стиральную машину вещи для стирки, подметать и мыть полы, вытирать пыль с горизонтальных поверхностей, ничего не разбивая, двигать мебель, а также убирать посуду со стола и загружать грязную посуду в посудомоечную машину. Машина самообучающаяся и способна учиться на собственных ошибках. Робот-помощник «Robovie» (рис. 1б) не только может возить в магазине тележку с продуктами, но и подскажет какие из них надо купить [2]. При этом с роботом можно даже посоветоваться. Домашний робот «Papero» (рис. 1в) следит за кондиционированием воздуха и отоплением в помещении, открывает окна, ориентируясь на погоду [3].
а б в
Рисунок 1 - а) Робот-уборщик IRT, б) Робот-помощник Робови, в) робот Papero
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_
Робот - секретарь «Wakamaru» (рис. 2) при помощи колесиков передвигается по офису и напоминает людям о запланированных встречах и переговорах [4].
Рисунок 2 - Робот-секретарь «Вакамару»
Робот Пеппер (Pepper) — антропоморфный робот (рис. 3) разработан в Японии компанией Aldebaran Robotics [5]. Это социальный робот, который может стать другом своему владельцу. Он не умеет прибираться в квартире или готовить на кухне, но зато поддержит несложный разговор и выполнит простейшие поручения. Если вы рассмеялись, он будет знать, что вы в хорошем настроении. Если вы хмуритесь — Пеппер поймет, что что-то беспокоит вас. Робот знает такие эмоции как радость, удивление, гнев, сомнения и грусть. Он способен анализировать выражение лица, язык тела и слова человека. На основе этого он угадывает настроение и адаптируется к нему. Например, он будет пытаться развеселить вас, играя любимую песню.
Рисунок 3 -Робот Пеппер (Pepper)
Очень часто конструкторы роботов для дома проектируя роботов, уделяют большое внимание их функционалу и забывают про один очень важный фактор - проходимость. Шасси рассмотренных выше роботов имеют низкую проходимость и перемещаются только на равной поверхности. Такие роботы с успехом могут использоваться на различные рода выставках, что собственно и происходит. Для домашнего робота, осуществляющего движение по квартире, такие шасси не подойдут. Рассмотрим различные варианты движителей для домашнего робота в том числе и нестандартные.
Выбор типа движителя
Традиционные типы движителей (колесные или гусеничные) плохо подходят для жилых помещений. Их движения функционально ограничены и могут быть опасны.
Гусеничный движитель можно сразу исключить из соображений безопасности, если в квартире есть дети или домашние животные. Колесный вариант тоже имеет принципиальные недостатки. Оставленая ребенком на полу игрушка или лежащий на полу шнур питания будет препятствием для таких роботов. Трудности могут возникнуть при передвижении по лестнице.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_
Природа не создала колеса просто потому, что система рычагов более приспособлена для передвижения по естественному грунту. Среда обитания человека приспособлена к шагающему типу движителей.
Для домашних роботов Близнецом П.М. был предложен следующий вариант шагающего шасси (см. рис. 4), с расположением ног как у млекопитающих (билатеральная симметрия). При этом нога имеет две степени подвижности:
- сгибания-разгибания бедра;
- отведения-приведения коленного сустава.
Основой изобретения является конструкции биоподобного робота [6].
Основание стола
N.
Рисунок 4 - Модель шагающей платформы
Обоснуем выбор. Опорные элементы шагающего робота имеют значительно большую зону возможных контактов с поверхностью передвижения по сравнению с колесом или гусеницей. Следует отметить, что кинематика шагающего робота позволяет существенно уменьшить возможность потери проходимости, будет более маневренной, сможет проходить по сильно пересеченной местности.
Целесообразно использовать в шагающем шасси четыре ноги, т.к. двуногие (антропоморфные) роботы (рис. 5 а) — дороги, требуют более сложной системы управление. а существующие образцы обладают низкой скоростью передвижения. Три ноги (рис. 5б) лучше, чем две, но их недостаточно для организации перемещений приемлемых для целей домашнего робота ввиду конструктивных ограничений устойчивости. Шестиногие роботы (рис. 5в) — гексаподы и роботы с еще большим количеством ног имеют высокую проходимость, которая не является необходимой в помещении, но при этом тратят больше энергии на перемещение, имеют большую массу, требую большой расход материалов и как следствие более высокую стоимость при одинаковых габаритах.
Предлагаемое решение отличается от известного четырехногого робота BigDog компании Boston Dynamics разрабатывавшегося по заказу вооруженных сил США [7], более простой кинематической конструкцией ног ввиду отсутствия коленного сустава.
5а 56 5в
Рисунок 5 - Пример шагающих платформ
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_
Кинематическая конструкция может обеспечить необходимые функциональные возможности движителя домашнего робота и имеет значительные конструктивные преимущества над известными решениями. Так 4-х ногая шагающая платформа состоит из наименьшего числа компонентов, платформа может перемещаться в режиме движения "галоп". Конструкция обладает повышенной устойчивостью, т.к. платформа может занимать большое количество статически устойчивых положений, например, когда манипуляторы каждой конечности максимально вытянуты вдоль одной из осей и перпендикулярны полу. Дизайн, конструкция и материал платформы не наносят повреждения людям и окружающей среде в процессе движения. Шасси платформы может осуществлять изменение направление движения без разворота самого шасси (даже в противоположную сторону), а также производить точную ориентацию корпуса по тангажу, крену и дифференту в пространстве.
Задачи, решаемые бытовым роботом-охранником
Бытовой робот — это сложная система, которая имеет ряд подсистем. Рассмотрим общую функционально структурную схему робототехнического комплекса (рис. 6), приведенную в методическом пособии [8]. Согласно схеме, основными элементами робототехнического комплекса являются: ходовая часть, система управления движением и комплекс специального оборудования. На ее основе были составлены функциональные схемы для исследуемого бытового робота-охранника на базе предлагаемого шагающего движителя.
( Мобильность ^ ^ Интеллект ^ f Боеспособность")
Транспортный робот
"Искусственный"
специального оборудования
родовая часть
Малогабаритное
Шасси легкой категории по массе
Шасси средней категории по массе
Система управлением движением
Картографическая база знаний, схема действий
Система оценки дорожной обстановки и планирование движения
Система технического зрения ближней зоны
Навигационная система и Система топопривязки
Исполнительные системы СУД
Системы связи СУД
Координаты сектора "ответственности",информацион ные признаки целей
Система оценки обстановки принятия решений
Система технического зрения дальней зоны
Система ориентации и топопривязки
Исполнительные системы СУО
Система связи СУО
Рисунок 6 - Функционально структурная схема робототехнического робота
Робот-охранник. Робот предназначен для охраны жилых помещений. Движение осуществляется автоматически без участия человека. Функциональное назначение: видеонаблюдение, детекция движения, слежение за объектом, движение за объектом, оповещение о тревоге, патрулирование, распознавание хозяина, удаленное видеонаблюдение, режим ручного управления. Функционально структурная схема робота представлена на рис. 7.
Рассмотрим режимы подробнее. Режим видеонаблюдения осуществляет непрерывную запись видео с системы панорамного видеонаблюдения. Видеонаблюдение производится в режиме движения и стационарном режиме, что также повышает незаметность робота. Запись видео со всех камер охранного робота производится в течение всего времени как на встроенный накопитель, так и облачное хранилище
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_
используя Wi-Fi сеть.
Система панорамного видео наблюдения состоит из четырех камер, расположенных таким образом, чтобы обеспечить круговой обзор. Каждая камера снабжена светодиодами инфракрасной подсветки для работы в ночное время, датчиком освещенности для калибровки систем обработки информации с камер и датчиком присутствия (инфракрасный приемник), реагирующим на все малейшее движения в секторе ответственности.
Режим детекции движения реагирует на различного рода проявления движения в зонах действия системы панорамного видео наблюдения из неподвижного состояния. Обработку информации с камеры и датчиков движения осуществляет система распознавания движения. В ночное время автоматически включаются светодиоды инфракрасной подсветки. Четыре встроенных микрофона, расположенных по бортам робота, позволяют обнаружить объект движения при подозрительном шуме - чуть различимый шёпот или тихий звук шагов, находящийся вне зоны системы панорамного видео наблюдения. После обнаружения движения, робот активирует режим оповещения о тревоге, информируя своего хозяина о событии посредством средств интернет коммуникации (смс, электронная почта).
Режим слежения за объектом включает в себя детекцию движения. Для слежения за объектом используется поворотная камера системы визуального позиционирования. Выделив объект система распознавания движения осуществляет масштабирование объекта и разворот камеры в направлении объекта движения до выхода его из зоны видимости из стационарного состояния.
В состав системы визуального позиционирования входит камера на гиростабилизированной платформе для компенсации тряски в процессе движения и ультразвуковой датчик. Камера имеет зум и поворотный механизм осуществляющий поворот объектива в двух плоскостях.
Режим движения за объектом включает в себя режим слежения за объектом. Используя план помещений, данные полученные от камер и ультразвукового датчика, входящий в состав системы визуального позиционирования, робот-охранник определяет свое собственное положение и положение выделенного объекта. В процессе наблюдения за объектом вычисляется его вектор движения в системе координат связанной с роботом, по которому робот-охранник начинает движение до тех пор, пока объект не покинет зону видимости.
В режиме патрулирования робот автономно двигается по заранее заданному маршруту под контролем системы управления движением с автоматическим обходом препятствий и возращением на заданную траекторию. Путь движения задается однократным проходом робота под управлением хозяина. В состав системы видео вождения входит две камеры: курсовая камера на гиростабилизированной платформе и камера опорной проходимости. Любое движение, обнаруженное системой распознавания движения на охраняемой территории, повлечет наведение камеры системы визуального позиционирования и оповещение о тревоге.
В состав системы управления движением входят силомоментные датчики расположенные в каждом звене необходимые для реализации обратных связей, датчики давления, установленные в каждой стопе для получения информации об контакте с поверхностью и величине давления. В процессе движения задействуется подсистема стабилизации движения для работы, которой необходим 3-х осевой гироскоп, и акселерометр вмонтированный в корпус робота.
Режим распознавания хозяина осуществляет детекцию лиц. Если появляется человек в зоне видимости робота-охранника, предпринимается попытка распознавания его лица. В случае успешного распознавания, лицо сравнивается с базой данных лиц, заложенной заранее. Если объект идентифицирован, робот не предпринимает никаких действий. В противном случае активируется режим оповещение о тревоге.
Режимы удаленного видеонаблюдения и режим ручного управления позволяют в любое время подключится к роботу посредством Wi-Fi для просмотра видео с камер в режиме реального времени и переместить робота в заданную позицию жилого помещения.
Рисунок 7 - Функционально структурная схема бытового робота-охранника
Заключение
Проведён анализ существующих шасси домашних роботов. Предложена уникальная конструкция шагающего робота, позиционируемый как сервисный робот для работ по дому. Сформирована структура домашнего робота. Определен набор функций робота-охранника на базе шагающего движителя. Список использованной литературы:
1. Универсальный домашний помощник Toyota Assistant Robot. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.myrobot.ru/news/2008/10/20081031_3.php (дата обращения 26.02.2017).
2. Robovie-II assist shoppers in Chinese super market. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://blog.asiantown.net/-/1927/robovie-ii-assist-shoppers-in-chinese-super-market (дата обращения 26.02.2017).
3. Японский робот PaPeRo. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://robonovosti.ru/domashnie-roboty/1862-papero-prosledit-za-energopotrebleniem.htm (дата обращения 26.02.2017).
4. World's first full-fledged communication robot "wakamaru" capable of Living with family and supporting Persons. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mhi-global.com/company/technology/review/ pdf/e431/e431044.pdf(дата обращения 26.02.2017).
5. Персональный робот Pepper. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://robotrends.ru/robopedia/pepper (дата обращения 26.02.2017).
6. Близнец П.М. Транспортирующие устройство: пат. 2033955 Российская Федерация. 1991. Бюл. № 12. 3 с.
7. BigDog - The Most Advanced Rough-Terrain Robot on Earth. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.bostondynamics.com/robot_bigdog.html (дата обращения 26.02.2017).
8. Машков К.Ю., Рубцов В.И., Рубцов И.В. Состав и характеристики мобильных роботов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 75 с.
© Близнец П.М., Рубцов В.И., Коновалов К.В., Бошляков И.А., 2017
УДК 658.56
М. Г. Бородаева, А. В. Каргина, магистранты ДГТУ Е. М. Зубрилина, канд.техн.наук, доцент ДГТУ И. А. Маркво, ст. препод. ДГТУ г. Ростов-на-Дону, РФ
ВЫБОР МОДЕЛИ СЕЯЛКИ ТОЧНОГО ВЫСЕВА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ
Аннотация
В статье представлены характеристики восемнадцати моделей сеялок точного высева зарубежного и отечественного производства по семи основным критериям. Описана методика принятия решения при выборе той или иной модели сеялки методом анализа иерархий. Полученные результаты расчетов позволяют определить «лучшую» из рассмотренных моделей по представленным характеристикам.
Ключевые слова
Принятие решения, методы принятия решений, метод обобщенной оценки, сеялки точного высева
В настоящее время рынок сельскохозяйственной техники представлен широким спектром пропашных сеялок отечественного и зарубежного производства, поэтому потребителю необходим сравнительный анализ, чтобы подобрать для хозяйства посевной агрегат с требуемыми техническими характеристиками и эксплуатационными показателями.
