План на изследванията и на дейностите, изпълнявани от участниците и членовете на научния колектив
1. Описание на работна програма на проекта
Работата по проекта е организирана в 5 работни пакета, разпределени в Етап 1 и Етап 2, съдържащи съответните задачи, ръководители, участници, очаквани резултати и срокове за тяхното изпълнение. Тази информация се съдържа в таблица Работни пакети в края на проектопредложението.
Дейностите по управлението на проекта са описани в работен пакет 1 (РП1) с ръководител доц. Иван Чавдаров. С тези дейности се следи за навременно постигане на целите и качеството на резултатите по време на целия проект.
Проучвателните дейности, свързани с роботи и алгоритми за изпълнение на задачи в сложна среда са включени в работен пакет 2 (РП2) с ръководител на пакета доц. Снежанка Костова.
Извършва се проучване на различни типове стационарни и мобилни роботи за работа в сложна среда. Анализират се областите им на приложение, предимства и недостатъци както и нерешени проблеми. Проучва се съвременното състояние на мобилните роботи, предназначени за работа в сложни терени за преодоляване на стълби, катерене 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. Ще се анализират и систематизират параметри и критерии, които определят способността на определен тип робот да извършва движения в сложна среда.
Проучване на подходи за решаване на правата и обратната задача на кинематиката за различни типове роботи. Анализ на предимствата и недостатъците им. Нерешени проблеми.
Анализ на съществуващите методи за генериране на работно и конфигурационно пространство при стационарни и мобилни роботи. Методи за анализ на достижими точки и възможности за ориентация на изпълнителното звено на робота. Предимства и недостатъци на редундантните роботи. Постигане на позиция и ориентация с различни типове конфигурация на робота.
Проучване на различни алгоритми за планиране на движения, подходящи за работа в среда със статични и динамични препятствия. Класификация на алгоритмите, област на приложението им, предимства и недостатъци.
Проучват се известните подходи за планиране на движения при хващане на обекти от робот.
Като резултат от направените анализи и проучвания ще бъде систематизирана информация за наличния набор от параметри и критерии, които определят способността на определен тип робот да извършва движения в сложна среда. Този резултат ще потвърди или отхвърли хипотеза 1.
Работен пакет 3 (РП3) Теоретични изследвания на работното и конфигурационното пространство на роботи при наличие на ставни ограничения и препятствия e с ръководител доц. Иван Чавдаров.
Ще бъдат създадени нови алгоритми за намиране на решение на обратната задача на кинематиката за конкретни типове роботи. Въз основа на тези алгоритми ще се генерират области от работното и конфигурационното пространство с различни типове решения. Алгоритмите трябва да отчитат спецификата на структурата на робота, ставните ограничения и наличието на препятствия.
Ще се изследват алгоритми за планиране на траектории в работното и/или конфигурационното пространство, при наличие на предварително известни препятствия.
Ефективността на изследваните алгоритми ще бъде тествана в различни практически ситуации. Генерираните области в конфигурационното пространство са необходими като основа за приложението на ефективни подходи като метод на Вороной, метод на виртуалните потенциални полета и др., които могат да планират движения на роботи с голям брой степени на свобода при наличие както на статични, така и на динамични препятствия.
С помощта на предложените подходи ще бъдат генерирани области от конфигурационното пространство, които се достигат с различни типове конфигурация на роботите.
Ще се изследва конфигурационното пространство на роботи със сложни механични конструкции, като роботи с паралелна структура. Изследване и разработка на алгоритми за генериране на конфигурационно пространство, разпознаване и хващане на обекти.
Работен пакет 4 (РП4) Разработване на алгоритми за планиране и изпълнение на движения в сложна среда с ръководител доц. Калоян Йовчев.
Изследване и прилагане на иновативни алгоритми за планиране и изпълнение на движения в непозната среда с ограничена информация и неизвестни препятствия. Ще се търсят подходи за подобряване на ефективността им.
Ще бъдат разработени алгоритми за управление със самообучение, които да са приложими за работа в сложна среда. Ще се изследва ефективността на алгоритмите, когато формата и разположението на препятствията не са предварително известни. Ще се изследва сходимостта и приложимостта на методите за управление със самообучение на роботи при работа в сложна среда.
Ще бъдат изследвани възможностите за прилагане на минималистичен принцип при проектиране на роботи и алгоритми за движение в среда с препятствия.
Ще бъде създаден алгоритъм за планиране на движения при хващане на обекти от роботизирана ръка.
Работен пакет 5 (РП5). Създаване на симулационни модели на движения в среда с препятствия и провеждане на експерименти с прототипи на роботи, с ръководител доц. Иван Чавдаров.
Тази задача има за цел да верифицира и докаже ползите от разработените от колектива методи и алгоритми за планиране на движения при наличие на препятствия.
Ще се създадат симулационни модели, с помощта, на които ще се тестват предложените алгоритми. Планира се проектиране и/или усъвършенстване на съществуващи прототипи на 3D принтирани роботи. Оборудване на моделите с подходящи сензори и хардуер за управление. Като се използва закупения редундантен робот и създадените модели ще се извършват експерименти с цел прилагане на предложените подходи и алгоритми.
Показатели като позиция, скорост, траектория, време за изпълнение на задачите и други базирани на сензорните системи на роботите ще бъдат отчитани и оценени. Данните ще бъдат обработени и анализирани с помощта на статистически методи. Ще бъде направен сравнителен анализ на ефективността.
С помощта на специализиран софтуер ще се създадат виртуални модели на роботите и среда за експерименти. Поведението на роботите при зададеното управление и други входящи параметри ще се изследват, а резултатите ще се анализират. Резултатите ще бъдат представени графично чрез графики и филми.
Обобщение и анализ на резултатите, класифициране и определяне на нерешените проблеми и генериране на съответни изводи.
Начин на изпълнение на дейността - Дейността ще се изпълнява в екип от определените членове на колектива и с използването на новозакупена и налична в организациите апаратура и специализиран софтуер. Дейността ще се изпълнява в планирания времеви график. Ще бъдат прилагани подходите и методите, описани по-горе в документа. За целите на проучванията и анализите ще се ползват актуални научни трудове за последните 10 години, публикувани в престижни списания с импакт фактор и/или импакт ранг и сборници от международни конференции. Участниците имат осигурен достъп до научните бази данни като SCOPUS, Web of Science, IEEE и др. Тестването на създадените алгоритми ще се извършва върху съществуващи 3D модели, новосъздадени прототипи, както и с новозакупените редундантен и мобилни роботи. За гарантиране на изпълнението на задачите и преодоляване на възможни рискове ще бъдат спазвани действията, описани в частта за управление на проекта. Ръководителят на проекта и ръководителите на работните пакети ще следят за изпълнението на индикаторите в предвидения срок. Качественото провеждане на достатъчен за статистичеки анализ брой експерименти ще се извършва при спазване на изискванията на техниката за безопасност.
2. График за изпълнение на проекта
| РП/месец | 01-03 | 04-06 | 07-09 | 10-12 | 13-15 | 16-18 | 19-21 | 22-24 | 25-27 | 28-30 | 31-33 | 34-36 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| РП 1 | ||||||||||||
| РП 2 | ||||||||||||
| РП 3 | ||||||||||||
| РП 4 | ||||||||||||
| РП 5 |
3. План за управление на проекта
Ръководителят на проекта, който е и ръководител на Работен пакет 1 – Управление на проекта извършва цялостен мениджмънт и носи отговорност за неговото изпълнение и за спазване на изискванията и препоръките на ФНИ. Ръководителят, съвместно с целия екип на РП1 осъществяват основните организационни връзки с учените, участващи в проекта. Той координира работата на ръководителите на работните пакети, както и следи за изпълнението на задачите по проекта.
Администрирането на проекта ще бъде подпомагано от административния и финансов отдел на Институт по Роботика съобразно разписания в проекта финансов план. Научното ръководство на проекта се осъществява от ръководителя на проекта доц. И. Чавдаров. Всички разходи по проекта ще бъдат съгласувани със счетоводния отдел на Институт по роботика към БАН и ще бъдат осъществени според правилата и изискванията на ФНИ.
Периодично ще се провеждат сбирки на екипа, на които ще се отчита извършената до момента работа, напредъка по проекта, постигнатите индикатори, ще се обсъждат възникнали проблеми и ще се вземат адекватни мерки за преодоляването им. На тези сбирки ще се обсъждат и предстоящите задачи.
Всички участници в проекта ще участват в подготовката на междинния и крайния отчет на проекта в частта, която касае техните отговорности. Ръководителят на проекта обобщава и оформя отчета за етап 1 и финалния отчет на проекта. Ръководителят на проекта съвместно с ръководителите на работните пакети ще осъществяват научен контрол върху качеството на изпълнение на задачите и спазването на времевия график. При възникване на рискови ситуации ще се предприемат действия за тяхното отстраняване.
Някои от възможните рискове са описани в следната таблица:
| РИСК НОМЕР | ОПИСАНИЕ НА РИСКА | МЕРКИ ЗА ПРЕОДОЛЯВАНЕ НА РИСКА |
|---|---|---|
| 1. | Неспазване на сроковете за изпълнение на задачите. | Предвидени са механизми за вътрешен контрол, регулярни сбирки на управляващия екип и др., с които да се избягва нарушаване на сроковете по субективни причини. |
| 2. | Невъзможност за провеждане на експериментите в срок. | Експериментите ще бъдат отложени във времето или ще бъдат провеждани дистанционно, ако е възможно. |
| 3. | Напускане на ключови членове на колектива. | Предвидена е взаимозаменяемост на експертите, така, че да не се допусне липса на експерти за качествено изпълнение на задачите. |
| 4. | Покачване на пазарните цени на апаратурата, което може да доведе до невъзможност за закупуването й. | Апаратурата в по-голямата си част ще бъде закупена в първия етап на проекта, за да бъдат цените близки до заложените. Допълнително е възможно прехвърляне на средства от други пера според регламента на конкурса. |
На всеки етап ще се следи за изпълнение на заложените в проекта индикатори, които са:
ИНДИКАТОРИ ЗА РЕЗУЛТАТ
Доц. Костова ще отговаря за комуникацията с административния и финансовия отдел, ще контролира отчитането на възнагражденията, ще осигуряват вътрешен контрол за изпълнение на дейностите съобразно правилата на ФНИ.