Розробка пропозицій щодо формалізації процесу фільтрації навігаційної інформації підводного робота на малих глибинах

О.І. Дубинець

doi:10.31498/2225-6733.46.2023.288182

Автор(и)

О.І. Дубинець Державний університет інфраструктури та технологій, м. Київ , Україна https://orcid.org/0000-0003-3270-1218

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.46.2023.288182

Ключові слова:

підводний робот, роботизований комплекс, малі глибини, навігаційна інформація, стабілізація, формалізація, фільтрація, теорія Калмана

Анотація

Метою статті є підвищення ефективності вирішення завдань стабілізації підводних роботів на невеликих глибинах на основі комплексної обробки навігаційної інформації та її фільтрації з використанням теорії Калмана. Поставлена мета досягається шляхом визначення набору математичних залежностей для формалізації процесу фільтрації навігаційної інформації підводних роботів на основі комплексної обробки даних. У даному випадку фільтрація здійснюється за допомогою розподіленого набору фільтрів Калмана різної структури, які були підібрані з урахуванням характеристик оцінюваних даних. Встановлено, що на теперішній час підводні роботи на невеликих глибинах широко використовуються по всьому світу для різноманітних завдань, у тому числі пошукові операції та перевірки під водою. Однак експлуатація цих роботів характеризується складними умовами. Серед таких умов можна виділити невідомі параметри підводної навігації, вплив зовнішніх збурень, зміни маси, розмірів та гідродинамічних характеристик роботів під час роботи у воді. На теперішній час перспективним підходом до автоматизації управління рухомими об'єктами вважається концепція управління, що базується на інтелектуальних методах. Однак застосування таких регуляторів для підводних роботів разом із проблемами отримання актуальної навігаційної інформації ще не досягло достатньої ефективності. До того ж питання, пов'язані з розробкою системи обробки навігаційної інформації з використанням нелінійних фільтрів і створенням інтелектуальних регуляторів для підводних роботів, досі недостатньо висвітлені в науково-технічній літературі. Найбільш суттєвим результатом є отримання набору математичних залежностей для формалізації процесу фільтрації навігаційної інформації підводних роботів за допомогою набору розподілених фільтрів Калмана різної структури. Такі набори тісно корелюються з відповідними характеристиками оцінюваних даних. У цьому контексті інерційний модуль з алгоритмами фільтрації Калмана може використовуватись для вимірювання кутових параметрів руху та вирішення завдань стабілізації крену, диференту і рискання. У зв’язку з низькими швидкостями руху підводних роботів на невеликих глибинах і відсутністю високочастотних перешкод у вимірах датчика тиску, дані від нього можуть бути використані для визначення вертикальної швидкості

Біографія автора

О.І. Дубинець , Державний університет інфраструктури та технологій, м. Київ

Доктор технічних наук, професор

Посилання

Jebelli A., Yagoub M.C.E., Dhillon B.S. Design and Control of Underwater Robots with Rotating Thrusters. International Journal of Robotics and Automation (IJRA). 2016. Vol. 5, № 4. Pp. 284-294. DOI: https://doi.org/10.11591/ijra.v5i4.pp284-294.

Design and construction of an underwater robot based fuzzy logic controller / A. Jebelli, M.C.E. Yagoub, R.H.J. Abdul Rahim, H. Kazemi. International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2013. Vol. 7(1). Pp. 147-153.

Liu Z., Zhou X. Hydrodynamic Analysis and Structural Optimization of an Underwater Robot. IOP Conference. Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 649(1). Pp. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/649/1/012017.

Hydrodynamic calculation and analysis of a complex-shaped underwater robotbased on computational fluid dynamicsand prototype test / Z. Li, J. Tao, H. Sun, Y. Luo, L. Ding, Z. Deng. Advances in Mechanical Engineering. 2017. Vol. 9(11). Pp. 1-10. DOI: https://doi.org/10.1177/1687814017734500.

Recent Advances in AI for Navigation and Control of Underwater Robots / L. Christensen, J. de Gea Fernández, M. Hildebrandt, C.E. Siegfried Koch, B. Wehbe. Current Robotics Reports. 2022. Vol. 3. Pp. 165-175. DOI: https://doi.org/10.1007/s43154-022-00088-3.

AI technology for underwater robots / F. Kirchner, S. Straube, D. Kühn, N. Hoyer. Springer, 2020. 193 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-30683-0.

Roehr T.M., Kirchner F. Spatio-temporal planning for a reconfigurable multi-robot system. Proceedings of the 4th workshop on planning and robotics (PlanRob). London, 2016. Pp. 135-146.

ROSPlan: Planning in the robot operating system / M. Cashmore, M. Fox, D. Long, D. Magazzeni, B. Ridder, A. Carrera, N. Palomeras, N. Hurtos, M. Carreras. Proceedings of the international conference on automated planning and scheduling. 2015. Vol 25. Pp 333-341. DOI: https://doi.org/10.1609/icaps.v25i1.13699.

Braginsky B., Guterman H. Obstacle avoidance approaches for autonomous underwater vehicle: simulation and experimental results. IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2016. Vol. 41(4). Pp. 882-92. DOI: https://doi.org/10.1109/JOE.2015.2506204.

Deep learning on underwater marine object detection: a survey / M. Moniruzzaman, S.M.S. Islam, M. Bennamoun, P. Lavery. International conference on advanced concepts for intelligent vision systems. 2017. Pp. 150-160. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-70353-4_13.