RU2722258C1 - Autonomous unmanned underwater vehicles - Google Patents

Autonomous unmanned underwater vehicles Download PDF

Info

Publication number
RU2722258C1
RU2722258C1 RU2019133354A RU2019133354A RU2722258C1 RU 2722258 C1 RU2722258 C1 RU 2722258C1 RU 2019133354 A RU2019133354 A RU 2019133354A RU 2019133354 A RU2019133354 A RU 2019133354A RU 2722258 C1 RU2722258 C1 RU 2722258C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
auv
subsystems
control
auuv
subsystem
Prior art date
Application number
RU2019133354A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Иванович Машошин
Иван Владимирович Пашкевич
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2019133354A priority Critical patent/RU2722258C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722258C1 publication Critical patent/RU2722258C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: underwater vessels.SUBSTANCE: invention relates to creation of autonomous unmanned underwater vehicles (AUUV), more specifically their control systems. Autonomous unmanned underwater vehicle (AUUV) comprises an integrated control system (ICS), including combined technical means and subsystems, namely, propelling-and-steering, diving-surfacing, navigation, hydro-acoustic illumination of environment, hydro-acoustic communication and radio communication. All said hardware and subsystems are equipped with their own control means and are interconnected via a data exchange network. Integrated control system includes a scheduling subsystem connected to the data communication network.EFFECT: higher efficiency of controlling AUUV while reducing cost of developing AUUV control algorithms and software implementing them.3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области создания автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), а точнее, их систем управления.The invention relates to the field of creating autonomous uninhabited underwater vehicles (AUV), and more precisely, their control systems.

АНПА является полностью автоматической технической системой, предназначенной для выполнения различных задач под водой. Поскольку АНПА функционирует в сложной подводной обстановке, он оборудован широким набором технических средств. Базовый набор этих средств включает:AUV is a fully automatic technical system designed to perform various tasks under water. Since AUV operates in a complex underwater environment, it is equipped with a wide range of technical equipment. The basic set of these tools includes:

- источник электрической энергии (как правило, аккумуляторная батарея);- a source of electrical energy (usually a rechargeable battery);

- двигательно-рулевая система;- power steering system;

- система погружения-всплытия;- diving-surfacing system;

- навигационные датчики: инерциальная навигационная система (ИНС), эхолот, лаг;- navigation sensors: inertial navigation system (ANN), echo sounder, log;

- гидроакустические средства освещения обстановки (излучающие и приемные антенны, генераторы излучаемых сигналов, аппаратура обработки сигналов с выхода приемных антенн);- hydroacoustic means of lighting the environment (emitting and receiving antennas, generators of emitted signals, signal processing equipment from the output of the receiving antennas);

- средства гидроакустической связи;- sonar communication equipment;

- средства радиосвязи;- radio communication facilities;

- управляющая ЭВМ.- managing computer.

В зависимости от назначения АНПА, приведенный список может быть расширен за счет дополнительных средств обеспечения движения, датчиков измерения параметров различных физических полей, различных манипуляторов.Depending on the purpose of the AUV, the above list can be expanded with additional means of providing movement, sensors for measuring parameters of various physical fields, various manipulators.

Все перечисленные технические средства, как правило, созданы разными разработчиками, имеют в своем составе разные вычислительные средства и разные системы электропитания. Их информационное сопряжение с управляющей ЭВМ, источниками и потребителями информации осуществляется, как правило, с использованием разных протоколов обмена данными.All of the listed technical means, as a rule, were created by different developers, have different computing means and different power supply systems. Their information pairing with the host computer, sources and consumers of information is carried out, as a rule, using different data exchange protocols.

В [2] описана работа блока управления беспилотного летательного аппарата (БПЛА) по выбору маршрута полета. Маршрут полета БПЛА определяется динамически во время полета или заранее перед полетом, используя навигационные данные. По этим данным строится несколько вариантов маршрута, которые ранжируются по выбранным критериям.In [2], the operation of the control unit of an unmanned aerial vehicle (UAV) for the selection of a flight route is described. The UAV flight route is determined dynamically during the flight or in advance of the flight using navigation data. Based on these data, several route options are constructed that are ranked according to the selected criteria.

В [3] описана операционная система, ориентированная на применение в робототехнических системах. Данная операционная система обеспечивает разработку, настройку, сборку, построение, развертывание и управление робототехникой.In [3], an operating system is described that is focused on applications in robotic systems. This operating system provides the development, configuration, assembly, construction, deployment and management of robotics.

Управление известными АНПА (как и БПЛА), как правило, является мультиобъектным [5-7]. Это означает, что управление функционированием всех технических средств (подсистем) АНПА возлагается на управляющую ЭВМ, в память которой закладывается формализованный план миссии. В процессе выполнения миссии управляющая ЭВМ в соответствии с планом миссии выдает команды управления соответствующим техническим средствам АНПА. Работа технических средств АНПА ограничивается выполнением команд, поступивших от управляющей ЭВМ.The control of known AUVs (like UAVs), as a rule, is multi-objective [5-7]. This means that the control of the functioning of all the technical means (subsystems) of the AUV is assigned to the control computer, in whose memory a formalized mission plan is laid. In the process of completing the mission, the managing computer in accordance with the mission plan issues control commands to the appropriate technical means of the AUV. The work of the AUV hardware is limited to the execution of commands received from the host computer.

Примером мультиобъектного управления является система управления (СУ) АНПА: Autonomous mission controller, описанная в [4] и схематически изображенная на фиг. 1. Управление в этой СУ осуществляется на трех уровнях. 1-й уровень - организационный (organization and management), 2-й уровень - анализ поступивших данных и координация (supervision and coordination), 3-й уровень - исполнительный (execution and control). Первый и второй уровни, на которых вырабатываются планы управления, реализуются в СУ АНПА. Третий уровень реализуется в подсистемах АНПА. План миссии и необходимые для управления базы данных загружаются на берегу в СУ. План миссии разбит на этапы, которые, в свою очередь состоят из сегментов. Описание каждого сегмента включает: его назначение, перечень подсистем АНПА, задействованных в выполнении данного сегмента и другие данные. При выполнении текущего сегмента плана миссии СУ АНПА выдает в соответствующие подсистемы АНПА управляющие команды и получает от них сообщения о результатах выполнения команд. С учетом этих сообщений блок управления принимает решение о возможности перехода к выполнению следующего сегмента плана. Следует особо заметить, что все подсистемы АНПА реализованы на собственных аппаратно-программных средствах и структурно не входят в СУ (на фиг. 1 СУ - это прямоугольник, ограниченный пунктирной линией). Связь подсистем АНПА с СУ осуществляется при помощи шины обмена данными. Роль подсистем АНПА в процессе управления ограничена исполнением команд, поступивших от СУ.An example of multi-object control is the AUV control system (SU): Autonomous mission controller described in [4] and schematically shown in FIG. 1. Management in this SU is carried out at three levels. 1st level - organization (organization and management), 2nd level - analysis of received data and coordination (supervision and coordination), 3rd level - executive (execution and control). The first and second levels, at which management plans are developed, are implemented in SU ANPA. The third level is implemented in the AUV subsystems. The mission plan and the databases needed to manage it are uploaded onshore to SU. The mission plan is divided into stages, which, in turn, consist of segments. The description of each segment includes: its purpose, a list of AUV subsystems involved in the implementation of this segment, and other data. When fulfilling the current segment of the mission plan, the SUAU issues control commands to the corresponding subsystems of the ANAU and receives messages from them about the results of the teams. Based on these messages, the control unit decides on the possibility of moving to the next segment of the plan. It should be especially noted that all AUV subsystems are implemented on their own hardware and software and are not structurally included in the control system (in Fig. 1, the control system is a rectangle limited by a dashed line). The communication between the AUV subsystems and the control system is carried out using the data exchange bus. The role of AUV subsystems in the management process is limited to the execution of commands received from the control system.

Практика использования АНПА показывает, что для успешного выполнения миссии СУ АНПА должна не только выдавать команды в соответствии с формализованным планом миссии, но и парировать все непредвиденные нештатные ситуации, обусловленные как внешними, так и внутренними причинами. К внешним причинам нештатных ситуаций относятся: преднамеренное и непреднамеренное противодействие со стороны других объектов, неподвижные и мобильные препятствия, непредвиденное изменение течения, температуры воды, гидроакустических условий и др. Внутренними причинами являются: возникшие неисправности аппаратуры, сбои программного обеспечения, неспособность отдельных устройств выполнить выданную ему команду в силу ограниченных функциональных возможностей, либо исчерпания заряда источника питания. Все перечисленные причины, как правило, ведут к отклонению АНПА от точного выполнения формализованного задания на миссию. Это проявляется в отклонении от маршрута, запаздывании, либо невозможности выполнения отдельных этапов миссии. В результате СУ АНПА должна принимать весьма нетривиальные решения, обеспечивающие выполнение плана миссии в непредсказуемых условиях.The practice of using the AUV shows that for the successful completion of the mission, the AU AU must not only issue commands in accordance with the formalized plan of the mission, but also fend off all unforeseen contingencies due to both external and internal reasons. External causes of emergency situations include: deliberate and unintentional counteraction from other objects, fixed and mobile obstacles, unforeseen changes in flow, water temperature, sonar conditions, etc. Internal causes are: hardware malfunctions, software failures, inability of individual devices to fulfill the issued him a command due to limited functionality, or the exhaustion of the charge of the power source. All these reasons, as a rule, lead to the deviation of the AUV from the exact execution of a formalized mission assignment. This is manifested in deviation from the route, delay, or the inability to complete individual stages of the mission. As a result, the SUAAU must make very non-trivial decisions that ensure the implementation of the mission plan in unpredictable conditions.

Практика создания и использования АНПА показала, что разработать такую сложную централизованную систему управления практически невозможно. Ввиду этого, большинство созданных в мире АНПА имеют весьма ограниченные функциональные возможности.The practice of creating and using AUVs has shown that it is almost impossible to develop such a complex centralized management system. In view of this, most of the AUVs created in the world have very limited functionality.

В качестве прототипа выберем АНПА, описанный в работе [1]. Схема управления АНПА-прототипа приведена на фиг. 2. СУ АНПА, реализованная на программном уровне, в соответствии с планом миссии, хранящимся в ее памяти, в указанные в плане моменты времени выдает указанные в плане команды управления указанным техническим средствам. Техническое средство, получившее команду, выполняет ее и результаты выполнения сообщает управляющей ЭВМ.As a prototype we choose AUV described in [1]. The control circuit of the AUV prototype is shown in FIG. 2. SU ANPA, implemented at the program level, in accordance with the mission plan stored in its memory, at the times indicated in the plan, issues the control commands indicated in the plan to the indicated technical means. The technical tool that received the command executes it and the execution results are reported by the host computer.

Чтобы мультиобъектная СУ АНПА была эффективной, при выдаче команд в подсистемы АНПА она должна учитывать их техническое состояние, энергетические и временные ресурсы, а также уметь оптимизировать их функционирование в сложившейся обстановке. Создать такую СУ, как показала практика, не представляется возможным ввиду ее высокой сложности.In order for the multi-objective SU of ANPA to be effective, when issuing commands to the ANPA subsystems, it must take into account their technical condition, energy and time resources, as well as be able to optimize their functioning in the current situation. To create such a control system, as practice has shown, is not possible due to its high complexity.

Решаемая техническая проблема - повышение эффективности выполнения миссий АНПА.Solved technical problem - increasing the effectiveness of the implementation of the AUV missions.

Технический результат - повышение эффективности управления АНПА при сокращении стоимости разработки алгоритмов управления и реализующего их программного обеспечения.EFFECT: increased management efficiency of AUV while reducing the cost of developing control algorithms and software that implements them.

Указанный технический результат достигается путем перехода от централизованного (мультиобъектного) управления АНПА к децентрализованному (мультиагентному). Это означает, что создается интегрированная система управления (ИСУ), в которую в виде подсистем включаются все перечисленные выше технические средства, приобретающие статус агентов, т.е. самостоятельных подсистем со своими средствами управления. СУ АНПА, которая имела место в мультиобъектной версии, в мультиагентной версии заменяется подсистемой планирования, в функции которой входит организация выполнения плана миссии путем выдачи подсистемам ИСУ планов работы на предстоящем этапе миссии, соответствующих формализованному плану миссии АНПА, а также корректура этих планов в случае возникновения непредвиденных ситуаций, препятствующих точному выполнению плана миссии АНПА.The specified technical result is achieved by moving from the centralized (multi-object) control of the AUV to decentralized (multi-agent). This means that an integrated management system (IMS) is being created, in which all the above-mentioned technical equipment acquiring the status of agents are included in the form of subsystems, i.e. independent subsystems with their own controls. The ANA SU, which took place in the multi-object version, is replaced by the planning subsystem in the multi-agent version, the functions of which include organizing the implementation of the mission plan by issuing the ISU subsystems of work plans for the upcoming mission phase that correspond to the ANAU formalized mission plan, as well as updating these plans in case of occurrence unforeseen situations hindering the exact implementation of the AUA mission plan.

Подсистемы ИСУ, получив план работы на предстоящем этапе миссии, оптимизируют его выполнение с учетом сложившейся ситуации и имеющихся технических возможностей. При необходимости для реализации плана привлекаются другие подсистемы. Конкретное содержание этого привлечения с учетом имеющихся технических возможностей определяется путем обмена данными между этими подсистемами. Для обеспечения обмена данными между подсистемами ИСУ она оснащена сетью обмена данными, позволяющей осуществлять обмен данными с использованием унифицированных сетевых протоколов.The ISU subsystems, having received the work plan at the upcoming stage of the mission, optimize its implementation taking into account the current situation and the existing technical capabilities. If necessary, other subsystems are involved to implement the plan. The specific content of this attraction, taking into account the existing technical capabilities, is determined by the exchange of data between these subsystems. To ensure the exchange of data between the subsystems of the ISU, it is equipped with a data exchange network that allows for the exchange of data using unified network protocols.

Заметим, что каждая из подсистем при необходимости может, в свою очередь, состоять из нескольких агентов со своими средствами управления, что позволяет осуществить декомпозицию алгоритма управления подсистемы и тем самым упростить его.Note that each of the subsystems, if necessary, can, in turn, consist of several agents with their own management tools, which allows decomposition of the control algorithm of the subsystem and thereby simplify it.

Структура ИСУ АНПА приведена на фиг. 3. ИСУ АНПА включает подсистемы:The structure of the ISU AUV is shown in FIG. 3. ISU ANPA includes subsystems:

- планирования;- planning;

- навигации;- navigation;

- освещения обстановки;- lighting;

- гидроакустической связи;- sonar communication;

- радиосвязи;- radio communications;

- двигательно-рулевая;- engine-steering;

- погружения-всплытия.- diving ascent.

При этом для сокращения габаритов и энергопотребления ИСУ АНПА:At the same time, to reduce the size and energy consumption of the ISU AUV:

- подсистема планирования и средства управления всех подсистем реализуются на программном уровне единого вычислительного устройства, предпочтительно с распределенной архитектурой (для повышения надежности и упрощения разработки программного обеспечения);- the planning subsystem and controls of all subsystems are implemented at the software level of a single computing device, preferably with a distributed architecture (to increase reliability and simplify software development);

- электропитание всех технических средств ИСУ осуществляется посредством единой системы электропитания, соединенной с источником электроэнергии АНПА.- the power supply of all the technical means of the ISU is carried out through a single power supply system connected to the power source of the AUV.

Функционирование ИСУ АНПА организовано следующим образом. На берегу в память единого вычислительного устройства ИСУ записывается план миссии, разбитый на этапы с планом на каждый этап. В процессе движения АНПА подсистема планирования выдает средствам управления подсистем ИСУ планы на предстоящий этап. Средства управления подсистемы ИСУ, получив план на предстоящий этап, разрабатывает варианты его выполнения с учетом имеющихся ресурсов, из которых выбирает оптимальный план, соответствующий некоторому критерию качества (например, минимуму времени исполнения, минимуму расхода электроэнергии и т.д.), и организует его выполнение. При необходимости средство управления подсистемой привлекает к выполнению задания другие подсистемы ИСУ, оптимизируя при этом совместную работу подсистем, для чего обменивается с ними по сети необходимыми данными. Подсистема, получившая план этапа от подсистемы планирования, сообщает подсистеме планирования результаты его выполнения.The functioning of the ISU AUV is organized as follows. On the shore, a mission plan is written in memory with a plan for each stage in memory of a single computing device of the ISU. During the movement of the AUV, the planning subsystem issues plans for the upcoming stage to the controls of the ISU subsystems. The controls of the ISU subsystem, having received a plan for the upcoming stage, develops options for its implementation taking into account available resources, from which it selects the optimal plan that meets some quality criterion (for example, minimum execution time, minimum energy consumption, etc.), and organizes it performance. If necessary, the subsystem management tool engages other ISS subsystems to complete the task, while optimizing the joint work of the subsystems, for which it exchanges the necessary data with them over the network. The subsystem that received the stage plan from the planning subsystem informs the planning subsystem of the results of its implementation.

Если результаты выполнения по срокам и полноте укладываются в план на текущий этап миссии, подсистема планирования переходит к выдаче планов на следующий этап в соответствии с планом миссии. В противном случае подсистема планирования корректирует сроки и/или содержание очередного этапа. И так до завершения миссии.If the results of the deadlines and completeness fit into the plan for the current stage of the mission, the planning subsystem proceeds to issue plans for the next stage in accordance with the plan of the mission. Otherwise, the planning subsystem adjusts the timing and / or content of the next stage. And so on until the completion of the mission.

Рассмотрим управление АНПА при обеспечении его движения по заданному маршруту. Заданный маршрут движения АНПА хранится в памяти подсистемы планирования. Для контроля движения АНПА по заданному маршруту в подсистему планирования от подсистемы навигации поступает информация о текущих счислимых координатах АНПА, а также текущая предполагаемая круговая ошибка счисления координат. По этим данным подсистема планирования оценивает отклонение положения АНПА от заданного маршрута и, если отклонение превышает допустимую величину, принимает решение о выполнении обсервации. Запрос на проведение обсервации подсистема планирования (ПП) выдает в подсистему навигации, средство управления которой решает, каким методом проводить обсервацию. При выборе метода обсервации, средство управления подсистемы навигации запрашивает техническое состояние подсистемы радиосвязи, ответственной за проведение обсервации по сигналам глобальной спутниковой навигационной системы (ГСНС) и сигналам радионавигационных систем (РНС), а также подсистемы гидроакустической связи, ответственной за проведение обсервации по сигналу донных маяков-ответчиков. Также подсистема навигации запрашивает у двигательно-рулевой подсистемы наличие ресурсов для всплытия АНПА для проведения обсервации по сигналам ГСНС и РНС. В результате выбор метода обсервации осуществляется с учетом полученных ответов, а также данных по оборудованию района плавания средствами РНС и донных маяков-ответчиков. Если выбран метод обсервации, связанный со всплытием АНПА, подсистема навигации сообщает об этом подсистеме планирования, которая с учетом наличия запаса электроэнергии выдает заявку на всплытие движительно-рулевой подсистеме. Когда всплытие осуществлено, подсистема планирования сообщает об этом навигационной подсистеме, которая выдает заявку подсистеме радиосвязи на проведение обсервации. Полученные результаты обсервации навигационная подсистема сообщает подсистеме планирования и использует для коррекции счисления.Consider the management of the AUV while ensuring its movement along a given route. The specified route of the AUV movement is stored in the memory of the planning subsystem. To control the movement of the AUV along a given route, the planning subsystem receives information from the navigation subsystem about the current estimated coordinates of the AUV, as well as the current estimated circular error of the numbering of coordinates. Based on these data, the planning subsystem estimates the deviation of the AUV position from a given route and, if the deviation exceeds the permissible value, makes a decision on the observance. The planning subsystem (PP) issues a request for observation to the navigation subsystem, the control tool of which decides which method to conduct the observation. When choosing an observational method, the navigation subsystem management tool asks for the technical condition of the radio communication subsystem responsible for the observation using signals from the global satellite navigation system (GPS) and the radio navigation system (RNS) signals, as well as the hydroacoustic communication subsystem responsible for observing the signal from the bottom beacons -responders. Also, the navigation subsystem asks the engine-steering subsystem for the availability of resources for the ascent of the AUV to conduct observations on the signals of GSNS and RNS. As a result, the choice of the observation method is carried out taking into account the answers received, as well as data on the equipment of the navigation area using RNS and bottom transponder beacons. If the observational method associated with the floatation of the AUV is selected, the navigation subsystem reports this planning subsystem, which, taking into account the presence of the electric power reserve, issues an application for the ascent of the propulsion-steering subsystem. When the ascent is completed, the planning subsystem reports this to the navigation subsystem, which issues an application to the radio communication subsystem for the observation. The navigation subsystem reports the obtained observation results to the planning subsystem and uses it to correct the numbering.

Таким образом, главным отличием мультиагентного построения ИСУ АНПА от мультиобъектного является наличие средств управления в каждой подсистеме АНПА, что делает их поведение интеллектуальным.Thus, the main difference between the multi-agent construction of the ISA APS from the multi-object is the presence of controls in each subsystem of the AUV, which makes their behavior intelligent.

Преимуществами мультиагентного построения ИСУ АНПА по сравнению с мультиобъектным являются:The advantages of multi-agent construction of ISU AUV in comparison with multi-object are:

- повышение эффективности управления АНПА за счет оптимизации алгоритмов управления каждой подсистемой и АНПА в целом;- increasing the management efficiency of AUVs by optimizing the management algorithms of each subsystem and AUV as a whole;

- сокращение трудоемкости (и соответственно, цены) создания алгоритмов управления АНПА и реализующего их программного обеспечения;- reducing the complexity (and, consequently, the price) of creating control algorithms for AUVs and software that implements them;

- сокращение трудоемкости отработки взаимодействия всех подсистем АНПА;- reducing the complexity of working out the interaction of all subsystems of the AUV;

- возможность создания ИСУ, унифицированной для различных типов АНПА.- the possibility of creating ISU, unified for various types of AUV.

Последнее достоинство особенно важно, учитывая, что разработка алгоритмов управления техническими средствами является наиболее трудоемкой частью создания АНПА любого назначения.The latter advantage is especially important, given that the development of control algorithms for technical means is the most time-consuming part of creating an AUV for any purpose.

Для подтверждения эффективности заявляемого изобретения было проведено моделирование функционирования АНПА с описанным выше типовым набором технических средств при выполнении миссии перехода АНПА в точку с заданными координатами. При этом в процессе перехода случайным образом моделировались нештатные ситуации, обусловленные как внешними причинами (неподвижные и подвижные препятствия, ограниченные возможности коррекции текущих координат АНПА), так и внутренними факторами (неисправности аппаратуры). Моделирование проводилось как для мультиобъектного варианта управления АНПА, так и для мультиагентного.To confirm the effectiveness of the claimed invention, the operation of the AUV with the above-described typical set of technical means was carried out while fulfilling the mission of the AUV transition to a point with specified coordinates. At the same time, during the transition, emergency situations were randomly modeled due to both external causes (fixed and moving obstacles, limited possibilities for correcting the current coordinates of the AUV), and internal factors (equipment malfunctions). Modeling was carried out both for the multi-object version of the AUV control and for the multi-agent one.

В результате проведения 1000 циклов моделирования было получено, что вероятность выполнения миссии в случае мультиагентного варианта управления АНПА составила 0,93, в то время, как в случае мультиобъектного варианта управления - 0,76. Как показал проведенный анализ, полученные результаты обусловлены тем, что при мультиобъектном управлении СУ АНПА не во всех случаях способна правильно оценить имеющиеся ресурсы и возможности для выполнения текущего этапа плана миссии и, как следствие, оптимизировать выполнение планов отдельными подсистемами АНПА.As a result of 1000 modeling cycles, it was found that the probability of completing a mission in the case of multi-agent control option AUV was 0.93, while in the case of multi-object control option it was 0.76. As the analysis showed, the results are due to the fact that with multi-object management, SUAAU is not in all cases able to correctly assess the available resources and capabilities for fulfilling the current stage of the mission plan and, as a result, optimize the implementation of plans by individual subsystems of the AUV.

Кроме того, была проведена оценка трудоемкости разработки алгоритмов управления АНПА и реализующего их программного обеспечения (ПО) для обоих вариантов управления, которая показала, что разработка алгоритмов и ПО в случае мультиагентного управления в среднем на 40% менее трудоемка, чем в случае мультиобъектного управления. Объясняется это декомпозицией алгоритмов и ПО в случае мультиагентного управления и связанной с этим возможностью привлечения к разработке декомпозированных алгоритмов специалистов различного профиля и компетенций.In addition, the labor-intensiveness of developing control algorithms for AUVs and software that implements them for both control options was evaluated, which showed that the development of algorithms and software in the case of multi-agent control is on average 40% less labor-intensive than in the case of multi-object control. This is explained by the decomposition of algorithms and software in the case of multi-agent control and the associated possibility of attracting specialists of various profiles and competencies to the development of decomposed algorithms.

Также было показано, что при объединении всех технических средств АНПА в ИСУ физический объем аппаратуры в корпусе АНПА сокращается на 12% (за счет создания единой вычислительной системы и единой системы электропитания).It was also shown that by combining all the technical means of the AUV into an ISU, the physical volume of equipment in the AUV case is reduced by 12% (due to the creation of a unified computer system and a unified power supply system).

Таким образом, заявленный технический результат - повышение эффективности управления АНПА при сокращении стоимости разработки алгоритмов управления АНПА и реализующего их программного обеспечения - можно считать достигнутым.Thus, the claimed technical result - increasing the management efficiency of AUV while reducing the cost of developing control algorithms AUV and software that implements them - can be considered achieved.

Источники информации:Sources of information:

1. Ваулин Ю.В., Инзарцев А.В., Львов О.Ю., Матвиенко Ю.В., Павин A.M. Реконфигурируемая система управления и навигации для многофункциональных подводных роботов // Подводные исследования и робототехника, 2017, №1 (23), с. 4-13.1. Vaulin Yu.V., Inzartsev A.V., Lvov O.Yu., Matvienko Yu.V., Pavin A.M. Reconfigurable control and navigation system for multifunctional underwater robots // Underwater Research and Robotics, 2017, No. 1 (23), p. 4-13.

2. Патент 10163357 (В2) (США). Navigation assistance data and route planning for drones.2. Patent 10163357 (B2) (USA). Navigation assistance data and route planning for drones.

3. Патент 9195233 (B2) (США). General purpose robotics operating system3. Patent 9195233 (B2) (USA). General purpose robotics operating system

4. Патент 6122572 (А) (США). Autonomous command and control unit for mobile platform.4. Patent 6122572 (A) (USA). Autonomous command and control unit for mobile platform.

5. Ржевский Г.А., Скобелев П.О. Как управлять сложными системами? Мультиагентные технологии для создания интеллектуальных систем управления предприятиями // Самара: Офорт, 2015, 290 с.5. Rzhevsky G.A., Skobelev P.O. How to manage complex systems? Multi-agent technologies for creating intelligent enterprise management systems // Samara: Etching, 2015, 290 pp.

6. Городецкий В.И., Грушинский М.С., Хабалов А.В. Многоагентные системы (обзор) // Новости искусственного интеллекта, 1998, №2, с. 64-116.6. Gorodetsky V.I., Grushinsky M.S., Khabalov A.V. Multi-agent systems (review) // News of Artificial Intelligence, 1998, No. 2, p. 64-116.

7. Marino A., Antonelli G., Aguiar A. Pedro., Pascoal A., Chiaverini S. A decentralized strategy for multi-robot sampling/patrolling: theory and experiments // IEEE Transactions on Control Systems Technology. Vol. 23. №1. 2015. P.313-322.7. Marino A., Antonelli G., Aguiar A. Pedro., Pascoal A., Chiaverini S. A decentralized strategy for multi-robot sampling / patrolling: theory and experiments // IEEE Transactions on Control Systems Technology. Vol. 23. No. 1. 2015. P.313-322.

Claims (3)

1. Автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), содержащий интегрированную систему управления (ИСУ), включающую объединенные в нее технические средства и подсистемы: двигательно-рулевую, погружения-всплытия, навигации, гидроакустического освещения обстановки, гидроакустической связи, радиосвязи, отличающийся тем, что все упомянутые технические средства и подсистемы оснащены собственными средствами управления и информационно связаны друг с другом посредством сети обмена данными, и в интегрированную систему управления включена подсистема планирования, подключенная к сети обмена данными.1. Autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV), containing an integrated control system (ISU), including the combined technical means and subsystems: propulsion-steering, diving-surfacing, navigation, sonar lighting, sonar, radio communication, characterized in that all the mentioned technical means and subsystems are equipped with their own control means and are informationally connected to each other via a data exchange network, and the planning subsystem connected to the data exchange network is included in the integrated control system. 2. АНПА по п.1, отличающийся тем, что подсистема планирования и средства управления всех подсистем ИСУ реализуются на программном уровне единого вычислительного устройства, предпочтительно с распределенной архитектурой.2. AUV according to claim 1, characterized in that the planning subsystem and controls of all subsystems of the IMS are implemented at the software level of a single computing device, preferably with a distributed architecture. 3. АНПА по п.1, отличающийся тем, что электропитание всех технических средств ИСУ осуществляется посредством единой системы электропитания, соединенной с источником электроэнергии АНПА.3. AUV according to claim 1, characterized in that the power supply of all the technical means of the IMS is carried out through a single power supply system connected to an AUV power source.
RU2019133354A 2019-10-21 2019-10-21 Autonomous unmanned underwater vehicles RU2722258C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133354A RU2722258C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Autonomous unmanned underwater vehicles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133354A RU2722258C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Autonomous unmanned underwater vehicles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722258C1 true RU2722258C1 (en) 2020-05-28

Family

ID=71067534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019133354A RU2722258C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Autonomous unmanned underwater vehicles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722258C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751733C1 (en) * 2020-12-17 2021-07-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Underwater glider with moving acoustic module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2002130462A (en) * 2001-11-13 2004-05-10 Вадим Борисович Немиро (UA) INTEGRATED COMMUNICATION SYSTEM
RU2624835C2 (en) * 2013-03-15 2017-07-07 Ион Джиофизикал Корпорейшн Arctic seismic survey operations
RU181258U1 (en) * 2017-07-31 2018-07-06 Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Пассат" Expert decision support system for managing a marine robotic technological complex
US10163357B2 (en) * 2016-08-24 2018-12-25 Qualcomm Incorporated Navigation assistance data and route planning for drones

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2002130462A (en) * 2001-11-13 2004-05-10 Вадим Борисович Немиро (UA) INTEGRATED COMMUNICATION SYSTEM
RU2624835C2 (en) * 2013-03-15 2017-07-07 Ион Джиофизикал Корпорейшн Arctic seismic survey operations
US10163357B2 (en) * 2016-08-24 2018-12-25 Qualcomm Incorporated Navigation assistance data and route planning for drones
RU181258U1 (en) * 2017-07-31 2018-07-06 Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Пассат" Expert decision support system for managing a marine robotic technological complex

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751733C1 (en) * 2020-12-17 2021-07-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Underwater glider with moving acoustic module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11179843B2 (en) Method for operating a robot in a multi-agent system, robot, and multi-agent system
Herrero-Perez et al. Modeling distributed transportation systems composed of flexible automated guided vehicles in flexible manufacturing systems
Sariel et al. Naval mine countermeasure missions
Murphey et al. Cooperative control and optimization
WO1996035982A1 (en) Autonomous command and control unit for mobile platform
Kleiner et al. Armo: Adaptive road map optimization for large robot teams
CN110673594A (en) Scheduling and routing method and system for AMR cluster
RU2722258C1 (en) Autonomous unmanned underwater vehicles
Teichteil-Königsbuch et al. A generic framework for anytime execution-driven planning in robotics
Teck et al. Hierarchical multi-agent command and control system for autonomous underwater vehicles
Spencer et al. Trust-based human-robot interaction for multi-robot symbolic motion planning
Weaver et al. Advanced autonomy architecture for maritime applications AVA
EP3684665B1 (en) Positioning at least one vehicle in relation to a set of moving targets
Marques et al. Mvplanning: A framework for planning and coordination of multiple autonomous vehicles
Dahlquist et al. Reactive Multi-agent Coordination using Auction-based Task Allocation and Behavior Trees
US20210232139A1 (en) Control device for autonomous operating machines, control method for autonomous operating machines, and recording medium having control program for autonomous operating machines stored thereon
US11797004B2 (en) Causing a robot to execute a mission using a task graph and a task library
Gavriilidis et al. Towards explaining autonomy with verbalised decision tree states
Yavnai Architecture for an autonomous reconfigurable intelligent control system (ARICS)
Teichteil-Königsbuch et al. A multi-thread decisional architecture for real-time planning under uncertainty
Van Riet et al. TEAM: a framework for full mission autonomy using collaborative, heterogenous autonomous vehicles
Dadvar et al. Joint communication and motion planning for cobots
Redding et al. Collaborative mission planning, autonomy and control technology (COMPACT) for unmanned surface vehicles
Hu et al. Distributed formation control of autonomous underwater vehicles with impulsive information exchanges and disturbances under fixed and switching topologies
Mishkin et al. Integrated human-robotic missions to the Moon and Mars: mission operations design implications

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220323

Effective date: 20220323