The object of research, development or design (in Russian) : колесный робот модульной конструкции и робот-манипулятор

The object of research, development or design (in Kazakh) : модульдік доңғалақты робот және роботты қол

Aim of work (in Russian) : 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

Aim of work (in Kazakh) : Микроэлектромеханикалық (MEMS) инерция датчиктері бойынша жылжымалы роботтың орнын және кеңістіктік бағдарын анықтау алгоритмдерін құру және кері сигнал ретінде MEMS датчиктерінің деректерін пайдаланатын жүйелер үшін мобильді роботты автоматты басқару әдістерін әзірлеу. Айырықша ерекшелігі роботты навигация және автоматты басқару мәселелерін шешу үшін машиналық оқыту әдістерін қолдану болып табылады

Методы исследования (на русском) : методы теории автоматического управления, методы инерциальной навигации, математическое компьютерное моделирование, тестирование и корректировка разработанных моделей и алгоритмов в программах – симуляторах

Методы исследования (на казахском) : автоматты басқару теориясы әдістері, инерциялық навигация әдістері, математикалық компьютерлік модельдеу, құрастырылған модельдер мен алгоритмдерді симулятор бағдарламаларында сынау және реттеу

Obtained results and novelty (in Russian) : Разработана среда для компьютерной симуляции определения положения и пространственной ориентации мобильного робота по данным MEMS-датчиков, созданы новые компоненты среды компьютерной симуляции: симулятор данных MEMS датчиков, установленных на подвижной платформе и симулятор мобильной платформы. Разработаны, протестированы и отлажены методами математического моделирования и компьютерной симуляции новые алгоритмы траекторного управления и навигации по данным MEMS датчиков инерции, а также управления скоростью и курсом четырехколесного мобильного робота по методу компенсации динамики объекта и возмущений (КДОВ). Новые алгоритмы управления обеспечивают управление колесным роботом с точностью до заданного фильтра-эталона с нулевой статической ошибкой регулирования (КДОВ) и прохождение задаваемой траектории мобильной платформы с точностью до заданных временных параметров (алгоритмы траекторного управления с применением методов дифференциальной геометрии для линеаризации задачи управления нелинейным объектом- мобильным роботом).

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Мобильді роботтың орнын және кеңістіктегі бағдарын MEMS-датчиктердің деректері бойынша анықтауға арналған компьютерлік симуляция ортасы әзірленді, сондай-ақ симуляция ортасының жаңа компоненттері құрылды: қозғалмалы платформаға орнатылған MEMS-датчиктердің деректерін симулятор және мобильді платформаның симуляторы. Математикалық модельдеу және компьютерлік симуляция әдістерімен жаңа траекториялық басқару және навигация алгоритмдері, сондай-ақ төрт дөңгелекті мобильді роботтың жылдамдығы мен бағытын басқару алгоритмдері объектінің динамикасы мен кедергілерді өтеу әдісімен (КДОВ) әзірленіп, сынақтан өткізіліп, жетілдірілді. Жаңа басқару алгоритмдері дөңгелекті роботты басқаруды нөлдік статикалық реттеу қатесімен және мобильді платформаның берілген уақыттық параметрлер бойынша траекторияны дәл өтуін қамтамасыз ететін фильтр-эталон дәлдігімен жүзеге асырады (инерциялық MEMS датчиктерінің деректері бойынша дифференциалдық геометрия әдістерін қолдану арқылы траекториялық басқару алгоритмдері).

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разработан новый метод синтеза управления нелинейными объектами на основе обратной модели с применением фильтров-эталонов. Метод применен к задаче разработки регулятора для четырехколесного мобильного робота с рулевым управлением. Разработана процедура структурного синтеза алгоритма управления многоканальным нелинейным нестационарным объектом, учитывающая информацию о выходных переменных и переменных состояния объекта. Результаты моделирования замкнутой системы управления при различных внешних воздействиях продемонстрировали быстродействие, устойчивость и робастность новой системы управления четырехколесным мобильным роботом, то есть эффективность нового алгоритма управления. Разработанный алгоритм обеспечивает нулевую статическую ошибку регулирования, автоматическую стабилизацию скорости и курса робота при движении вперед и назад, что существенно расширяет возможности маневрирования и планирования траекторий движения и обеспечивает стабилизацию скорости и курса мобильного робота. Новый метод управления позволяет контроллеру успешно адаптироваться и компенсировать изменения динамики объекта управления даже при значительных изменениях параметров модели. Таким образом, изменение параметров модели не приводит к изменению эксплуатационных характеристик контроллера, таких как инерционность и длительность переходных процессов, что наглядно демонстрирует преимущества метода перед модельными методиками, где изменение параметров модели требует перенастройки параметров контроллера

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Фильтр-эталондарды қолдану арқылы кері модель негізінде сызықтық емес объектілерді басқарудың жаңа синтез әдісі әзірленді. Бұл әдіс рульдік басқаруы бар төрт дөңгелекті мобильді роботқа арналған реттегішті әзірлеу тапсырмасында қолданылды. Көпарналы, сызықтық емес, стационарлы емес объектіні басқару алгоритмын құрылымдық синтездеу процедурасы әзірленді, ол объектінің шығатын айнымалылары мен күй айнымалылары туралы ақпаратты ескереді. Әртүрлі сыртқы әсерлерге ұшыраған жабық басқару жүйесін модельдеу нәтижелері жаңа басқару жүйесінің жылдамдығын, тұрақтылығын және робастылығын көрсетті, бұл төрт дөңгелекті мобильді роботтың басқару алгоритмының тиімділігін дәлелдеді. Әзірленген алгоритм нөлдік статикалық реттеу қатесін қамтамасыз етіп, роботтың қозғалыс бағыты мен жылдамдығын алға және артқа қозғалыста автоматты түрде тұрақтандырады, бұл маневр жасау және траекторияны жоспарлау мүмкіндіктерін айтарлықтай кеңейтеді және мобильді роботтың жылдамдығы мен бағытын тұрақтандырады. Жаңа басқару әдісі контроллерге объект динамикасының өзгерістеріне бейімделуге және үлкен параметрлік өзгерістер болған жағдайда да компенсация жасауға мүмкіндік береді. Осылайша, модель параметрлерінің өзгеруі контроллердің инерциялылығы және өтпелі процестердің ұзақтығы сияқты жұмыс сипаттамаларына әсер етпейді, бұл модель параметрлері өзгергенде контроллер параметрлерін қайта реттеуді талап ететін модельдік әдістермен салыстырғанда әдістің артықшылығын анық көрсетеді.

Level of implementation (in Russian) : Для внедрения в практику предлагается: 1) Патент РК № 8714 от 15.12.2023 на полезную модель «Способ напыления многослойных покрытий на имплантаты из титановых сплавов» авторов: Алонцева Д.Л., Прохоренкова Н.В., Красавин А.Л., Назенова Г.М. Способ отличается тем, что для напыления используют микроплазмотрон, установленный на индустриальном роботе-манипуляторе, перемещаемый роботом по сложной траектории в пространстве с заданной линейной скоростью и с выбранной дистанцией напыления. 2) Разработанный симулятор определения положения и пространственной ориентации мобильного робота по данным MEMS-датчиков может быть использован в учебном процессе для проведения лабораторных работ и подготовки кадров в области управления и навигации мобильных роботов.

Level of implementation (in Kazakh) : Практикаға енгізу үшін ұсынылады: 1) «Титан қорытпаларынан жасалған имплантаттардағы көпқабатты жабынды бүрку әдісі» пайдалы модельге Қазақстан Республикасының 2023 жылғы 15 желтоқсандағы № 8714 патенті авторлары: Алонцева Д.Л., Прохоренкова Н.В., Красавин А.Л., Назенова Г.М. Әдістің ерекшелігі, микроплазмотрон индустриялық робот-манипуляторға орнатылып, роботпен кеңістікте күрделі траектория бойынша берілген сызықтық жылдамдықпен және таңдалған бүрку қашықтығымен қозғалады. 2) MEMS-датчиктердің деректері бойынша мобильді роботтың орнын және кеңістіктегі бағдарын анықтауға арналған әзірленген симулятор оқу процесінде зертханалық жұмыстар жүргізу және мобильді роботтарды басқару мен навигация саласында кадрлар даярлау үшін пайдаланылуы мүмкін.

Efficiency (in Russian) : Эффективность разработанного нового алгоритма управления перемещением звена (рабочего инструмента) робота-манипулятора, выполняющего процедуру напыления металлического покрытия, состоит в обеспечении автоматического движения объекта по планируемой траектории с точностью до заданного фильтра-эталона и минимизации статической ошибки регулирования. Точность поддержания выбранной дистанции и скорости напыления позволяет обеспечивать равномерную толщину и другие заданные характеристики покрытия (пористость, шероховатость). Эффективность разработанных и протестированных в симуляторе алгоритмов навигации и управления мобильным роботом заключается в обеспечении прохождения задаваемой траектории мобильной платформы с точностью до заданных временных параметров. Эффективность новых алгоритмов управления подтверждается результатами моделирования замкнутой системы управления при различных внешних воздействиях, демонстрирующими быстродействие, устойчивость и робастность новой системы управления четырехколесным мобильным роботом

Efficiency (in Kazakh) : Металл жабынын бүрку процедурасын орындайтын робот-манипулятордың буынының (жұмыс құралының) қозғалысын басқаруға әзірленген жаңа алгоритмінің тиімділігі объектінің жоспарланған траектория бойынша автоматты қозғалысын қамтамасыз етуінде және статикалық реттеу қатесін минимизациялауда жатыр. Таңдалған қашықтықты және бүрку жылдамдығын дәл сақтау жабынының біркелкі қалыңдығын және басқа да берілген сипаттамаларын (кеуектілігі, кедір-бұдырлығы) қамтамасыз етеді. Әзірленген және симуляторда сыналған мобильді роботты навигациялау және басқару алгоритмдерінің тиімділігі мобильді платформаның берілген уақыт параметрлеріне дәл сәйкес келетін траекториядан өтуін қамтамасыз етуде жатыр. Жаңа басқару алгоритмдерінің тиімділігі әртүрлі сыртқы әсерлерге ұшыраған жабық басқару жүйесін модельдеу нәтижелерімен расталады, олар төрт дөңгелекті мобильді роботтың жаңа басқару жүйесінің жылдамдығын, тұрақтылығын және робастылығын көрсетеді.

Field of application (in Russian) : робототехника, электроника, автоматические системы управления, инерциальная навигация, машинное обучение, машиностроение (получение покрытий), обучение исследователей и специалистов в этих областях

Field of application (in Kazakh) : робототехника, электроника, автоматты жүйелер, инерциялық навигация, машинаны оқыту, машина жасау (жабындарды алу), осы бағыттар бойынша зерттеушілер мен мамандарды даярлау