1.   План на изследванията и на дейностите, изпълнявани от участниците на научния колектив

1.1. Описание на работна програма на проекта

 

РП1. Проучвателни дейности, свързани с ползването на нови материали,  технологии и конструкции в съвременните роботи. Синтез и моделиране на роботи.

Извършва се проучване на нови материали, които да се прилагат в изграждането на роботи. Такива могат да бъдат материали, които повишават сцеплението (или залепват) между краката на робота и терена. Така се повишава статичната устойчивост, което му позволява да преодолява големи наклони. Проучват се материали, получени с помощта на нано технологии и др. Анализира се чуждестранния опит.

Анализират се специфичните особености при ползване на 3D принтери за реализиране на възли и модели на роботи. Проучват се различните принципи за 3D печат, класифицират се предимствата и недостатъците им и възможността за приложение в роботиката. Реализирането на кинематични връзки между звената може да се осъществи по нов начин чрез ползване на 3D принтиране. Избират се подходящи конструктивни решения. Анализират се възможностите за създаване на звена с изключително сложна форма и приложението им в роботиката. Ползва се досегашния опит на колектива с тази технология.

Проучва се съвременното състояние на мобилните роботи, предназначени за работа в сложни терени за преодоляване на стълбища, катерене, инспекция на тръбопроводи и други, а също така и на стационарни роботи, използвани за учебни и индустриални цели. Ще се разгледат типични представители на роботи, инспирирани от биологични аналогии. Класификацията ще се извърши по различни признаци: тип структура на робота, метод на придвижване, приложение и др. Ще се очертаят нерешените проблеми и евентуалните пътища за решаването им.

Проучват се алгоритми за управление на стационарни и мобилни роботи, преодоляващи различен тип препятствия.

Обобщават се и се анализират резултатите, извършват се класификации, определат се нерешените проблеми и се генерират изводи.

След анализ на проучването, направено в РП1 се избират най - перспективните подходи за синтез и моделиране на роботите. Въз основа на тях се генерират нови варианти, които предполагат по - добри качества при определени условия. Изследват се качествата на одобрените варианти на структурно ниво, дискутират се техни предимства и недостатъци, сравняват се с други съществуващи решения. Част от колектива вече работи в тази област като вече има развитие по няколко направления за част от които има и приети заявки за патенти.

Ще се оптимизират основните геометрични размери на предложените роботи и възлите им, така че да изпълняват функциите, необходими за конкретно поставени задачи. Тази задача обикновено е многовариантна и с множество възможни решения, което налага да се уточнят и конкретизират целите, за които да се търси оптимално решение. Създава се опростен 3D модел на робота. Възможността за лесна редакция на модела е важно предимство при търсенето на оптимална конструкция. Това се постига с ползването на подходящи параметрични модели. С помощта на подходящи локални параметри, геометрични зависимости и функции се управлява геометрията на отделните звена. Механизма като цяло и негови конфигурации се управляват с глобални параметри. За отворени кинематични вериги и част от отворено-затворените е подходящо да се ползват като управляеми - параметрите на Денавит и Хартенберг. Средата, в която ще работи робота се моделира по аналогичен начин. Стремежът е към създаване на модел, който отразява в максимална степен най-характерните особености на терена, препятствията, обектите с които се борави и др. Тук параметрите се подбират, така че максимално лесно да се реконфигурира средата. Чрез подходящ софтуер се симулират движенията на изследваните механизми, отчитат се колизиите на звената по време на движение и други геометрични параметри .

 

РП2. Теоретично и експериментално изследване на предложените конструкции. Провеждане на научни семинари и изложби.

Тази дейност условно може да се раздели на два етапа:

Теоретични изследвания в етапа на проектиране – функционален, кинематичен, силов  анализ и оптимизации при проектиране.

Теоретични изследвания, базирани на експерименти и резултатите от тях. Прилагат се статистически, оптимизационни и др. методи за оценка на резултатите от приложение на различни материали, различни варианти на ползване на технологията за 3D печат и др.

 Първата част е свързана с теоретичното определяне на основните кинематични и силови характеристики на разглежданите роботи. За целта ще се ползва векторно матричния подход, както и метода на Денавит и Хартенберг. Сингулярните конфигурации ще се определят след анализ на свойствата на съответните матрици на Якоби. Ще се прилага оригинално физическо тълкование на свойствата на матрицата на Якоби за конкретните случаи.

 С тази дейност се търси максималното подобряване на качествата на изследваните роботи. Ще се прилагат различни подходи за оптимизация на многоцелеви, поли-параметрични задачи, които са типични за роботиката. Включва се анализ на конкретните конструкции и определяне на целеви функции. Подбор на подходящи алгоритми за оптимизация. Приложение на оптимизационните алгоритми за конкретни случаи като се ползва подходящ софтуер и графично представяне на резултатите, където е възможно.

С помощта на специализиран софтуер се създават виртуални модели на робота и среда за експерименти. Изследва се поведението на робота при зададеното управление и други параметри. Анализират се резултатите и се променят част от параметрите или законите за управление с цел постигане на по-добри резултати. Генерират се графики и филми с резултатите.

Вторият етап е свързан с провеждане на експерименти със създадените прототипи. Ще се тестват различни конструктивни решения, стратегии за управление и др. Интерес представлява прилагането на нови материали за изграждане на стъпалата на крачещи роботи. Например ползването на материала gekskin - http://www.youtube.com/watch?v=9ZJYbcG0Ts0   (или подобни) се очаква да повиши качествата на крачещи роботи при което те ще преодоляват големи налклони включително и движение по вертикални равнини. Ще се проведат и анализират подобни експерименти.

Прилагат се алгоритми за управление на роботите и се тества поведението им в различни ситуации. Измерват се стойностите на параметри, които да служат за оценка на качествата на роботите.

Тестват се сензорната, управляващата и задвижващата системи при различни ситуации.

Експериментира се преодоляване на препятствия от роботите като се варират част от основните им геометрични параметри. Резултатите се записват в табличен вид според различни критерии.

Обработка на получените резултати. Изводи, насоки за приложимостта на разработките в промишлеността, сервизната роботика и др.

 

РП3. Създаване на прототипи чрез технология за 3D печат.

В тази дейност се предвижда създаването на прототипи на част от предложените   конструкции, както и на нови перспективни идеи.

-  Създаване на прецизни 3D модели и чертежи.

Като се ползват резултатите от РП1 и РП2 се създават окончателни 3D модели на новите роботи. Конструктивните елементи се съобразяват с ползваната технология за 3D печат.  Създава се техническа документация на нестандартните елементи, които се изработват по конвенционален начин.

-  подбор и закупуване на стандартни елементи.

Извършва се анализ, подбор и закупуване на подходящи задвижващи и предавателни механизми. Подбор на стандартни механични елементи, сензори, електронни компоненти и др.

-  отпечатване и доработка на елементи с 3D принтер. Сглобяване на конструкциите. Изработване на нестандартните детайли. След отпечатване на елементите се извършва прецизна доработка, където е необходимо. Монтаж и тестване на възлите и компонентите поотделно и като цяло;

-  създаване на макети на средата в която ще работят роботите;

Създават се различни макети на препятствия и терени в които да се тестват мобилните роботи. Това могат да са наклони, стълбища, различни видове разклонени тръбопроводи и др. Размерите на макетите се съобразяват с размерите на роботите. Част от тази дейност може да се извърши с 3D принтиране, а друга с конвенционални средства.

-  корекции и отстраняване на възникналите проблеми в механичната и електронната системи.

 

РП4. Проектиране и реализация на подходящи модули за управление на прототипите с елементи на изкуствен интелект.

Комплектоването на мобилните роботи със сензори, които подават адекватна информация към системата за управление при движение в неструктурирана среда с препятствия предполага адекватен анализ и типизиране на колизиите, в които робота може да попадне при извършване на съответните действия. Това налага преглед и анализ на сходни конструкции роботи, а когато движението се реализира от оригинални структури определяне на нови комбинации и съответен хардуер и софтуер за управление. Избор и разработване на управление за част от проектираните роботи, при които съществува съчетание на активни и пасивни степени на свобода е специфична задача.

Обект на настоящата задача е именно реализацията на система за дистанционно управление на електро-механични устройства, в часност прототипи на мобилни роботи, посредством регистрирани мозъчни био-потенциали.

 

1.2. График за изпълнение на проекта

 

График за изпълнението проекта

 

1.3. План за управление на проекта

 

Управлението на проекта се осъществява от ръководителите на колектива и счетоводния отдел на Институт по роботика - БАН.

Проектът се изпълнява от консорциум от две организации: Институт по роботика - БАН и Технически университет - София. Координатор и ръководител на проекта е доц. д-р Ив.Чавдаров - : Институт по роботика - БАН.

Ръководители на колективи са:

- колектива от ИР – БАН, доц. д-р Ив. Чавдаров;

- колектива от ТУ – София, доц. д-р Р. Трифонов.

 Финансовите средства ще се разпределят от координатора на проекта според предварително подписани споразумения.

Междинният и крайният отчети ще се изготвят от всички участници (в частта, която се отнася за съответния участник), като координаторът на проекта ще оформи общия отчет.