name: Модели и алгоритмы управления движением бортового манипулятора с сохранением устойчивости мультиротора в режиме зависания
keyword_list: беспилотный летательный аппарат наземные объекты БПЛА мультиротор бортовой манипулятор
abstract: Объект. Система воздушного манипулирования наземным объектом, состоящая из БЛА, установленный на нем манипулятор и захватываемый наземный объект, масса и габариты которого существенно влияют на стабильность всей воздушной манипуляционной системы. Предмет. Модели и алгоритмы управления движением манипулятора при захвате наземных объектов, обеспечивающие устойчивость беспилотного летательного аппарата. Цель. Обеспечение устойчивости воздушной манипуляционной системы при захвате наземных объектов за счёт разработки моделей, алгоритмов управления движением манипулятора беспилотного летательного аппарата и его стабилизации. Новизна. 1. Разработаны концептуальная и теоретико-множественная модели воздушной манипуляционной системы, отличающиеся описанием взаимосвязанных сущностей: беспилотный летательный аппарат, манипулятор, наземный объект и факторы окружающей среды, обеспечивающие формулировку задачи разработки модельно-алгоритмического обеспечения управления  движением манипулятора беспилотного летального аппарата при физическом взаимодействии с наземным объектом в окружающей среде с различными возмущениями и препятствиями, влияющими на геометрическую проходимость. 2. Разработан алгоритм определения допустимой конфигурации манипулятора для беспилотного летательного аппарата, отличающийся анализом типовых траекторий движения концевого рабочего механизма и расчетом наборов диапазонов углов между звеньями манипулятора, обеспечивающих их движение по заданным траекториям с сохранением центра масс манипулятора на вертикальной оси воздушной манипуляционной системы. 3. Разработан алгоритм вычисления координат ключевых точек всех звеньев манипулятора в зависимости от углов их сочленений на основе решения задач прямой и обратной кинематики, отличающийся ограничением смещения центров масс манипулятора, его звеньев и концевого рабочего механизма по горизонтальной и вертикальной осям и обеспечивающий при движении концевого механизма по расчетной траектории минимальное смещение центра масс манипулятора по горизонтали. 4. Разработана система управления движением и стабилизацией манипулятора беспилотного летательного аппарата, отличающаяся применением нечеткого ПИД-регулятора в сочетании с входными расчетными данными на основе полиномиальных траекторных уравнений, обеспечивающая допустимую точность позиционирования концевого механизма на заданной траектории. 5. Разработана структура программной системы UAVManipulatorModeling, отличающаяся применением модулей расчета полиномиальных уравнений траекторий звеньев манипулятора, параметров нечеткого ПИД-регулятора, обеспечивающих моделирование и визуализацию влияния возмущающих воздействий на возникновение вибрации манипулятора и способность воздушной манипуляционной системы сохранять стабильное состояние за счет минимизации смещения центра масс манипулятора по горизонтали. Теоретическая значимость. Выявление принципиально новых задач управления воздушными манипуляционными системами, усложняющихся взаимной дестабилизацией движения беспилотного летательного аппарата и манипулятора при физическом взаимодействии с наземным объектом. Разработанное модельно-алгоритмическое обеспечение определения конфигураций манипуляторов, расчета параметров регуляторов всех звеньев манипулятора обеспечивает управление движением манипулятора беспилотного летательного аппарата. Практическая значимость. Разработка программных средств, реализующих разработанные модели и алгоритмы управления движением манипулятора, обеспечивающие минимальное смещение его центра масс от вертикальной оси необходимое для стабилизации воздушной манипуляционной системы. Предложенное модельно-алгоритмическое и программное обеспечение может быть использованы при проектировании манипуляторов БЛА для транспортировки наземных объектов, в том числе при решении агротехнологических задач. Методы. Методы математического и компьютерного моделирования, теории множеств, теории автоматического управления, теории объектно-ориентированного проектирования и программирования. Область применения. Разработанные модели и алгоритмы управления и стабилизации движения манипулятора беспилотного летательного аппарата при взаимодействии с наземными объектами были реализованы в программной системе UAVManipulatorModeling и были использованы в научно-образовательном процессе коммерческих и государственных организаций и при моделировании транспортных задач, требующих физических манипуляций с наземными объектами, в том числе сельскохозяйственной продукции. Исследования, отражённые в диссертации, проведены в рамках научно-исследовательской работы РФФИ № 18-58-76001 «Стратегии совместной деятельности гетерогенных роботов, контролируемой с помощью интуитивно понятных человеко-машинных интерфейсов, при решении сельскохозяйственных задач». Разработанное модельно-алгоритмическое и программное обеспечение управления движением манипулятора беспилотного летательного аппарата было использовано при проведении исследовательских работ СПб ФИЦ РАН, КБНЦ РАН, ООО «Фабрика растений» и в учебном процессе ТГТУ, получены соответствующие акты внедрения. Программная система UAVManipulatorModeling имеет свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020663727 от 02.11.2020 г.
chairman_dissertation_council.name: Сергей
chairman_dissertation_council.surname: Бачевский
chairman_dissertation_council.patronymic: Викторович
chairman_dissertation_council.position: ректор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: L-3847-2016
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 7801400299
chairman_dissertation_council.rinc_id: 498803
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Сергей
organization_supervisor.surname: Бачевский
organization_supervisor.patronymic: Викторович
organization_supervisor.position: ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 28.23.27
rubrics.name: Интеллектуальные робототехнические системы
oecds.code: 02.01.IM
oecds.name: ENGINEERING, CIVIL
speciality_codes.name: Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
speciality_codes.code: 05.13.01
supervisors.fio: Ронжин А.Л.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Кутлубаев И.М.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Маргун А.А.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: СПбГУТ
protection_organization.name: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича"
protection_organization.ogrn: 1027809197635
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Федеральное агентство связи
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: СПБ ФИЦ РАН; ФГБУН СПБ ФИЦ РАН
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК"
author_organization.ogrn: 1027800514411
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения