Эффективное функционирование смешанной неоднородной команды в коллаборативной робототехнической системе
Ключевые слова:
коллаборативный робот, многоагентная система, смешанная неоднородная команда, взаимодействие человека и роботаАннотация
В статье представлены описание коллаборативного робота (кобота) как одного из подвидов интеллектуальной робототехники и его отличительные особенности по сравнению с другими видами роботов. Дано описание коллаборативной робототехнической системы как единой комплексной системы, в которой субъекты (акторы) различного типа – коботы и люди – выполняют действия в рамках коллаборации для достижения единой цели. Для коллаборативной робототехнической системы как единой комплексной системы представлены ее составные части, а также процессы и сущности, которые оказывают непосредственное влияние на эту систему. Представлены ключевые принципы коллаборации человека и робота (Human-Robot Collaboration). Коллаборативная робототехническая система проанализирована, с одной стороны, как многоагентная система, и, с другой стороны, как смешанная неоднородная команда, члены которой являются гетерогенными акторами.
Актуальность работы заключается в недостаточном уровне исследованности вопроса формирования смешанных неоднородных команд из людей и коботов и распределения задач в них с учетом специфики этих двух типов участников и требований их безопасного взаимодействия. Целью работы является исследование вопросов формирования смешанных команд из числа элементов единой комплексной системы человек-кобот, распределения задач среди участников подобных команд с учетом необходимости минимизации затрат для ее участников и гетерогенности ее состава. В рамках исследования представлена постановка задачи формирования смешанной неоднородной команды из числа людей и коботов и распределения работ между членами команды, а также ее математическое описание. Рассматриваются частные случаи задачи, в том числе при различных функциях затрат у разных видов участников, в случае ограниченной активности членов команды, при наличии зависимости функции затрат участников одного типа от числа назначенных на этот вид работ участников другого типа, а также в случае наличия произвольного количества видов работ, назначаемых участникам смешанной команды.
Литература
1. Anandan T. Safety and control in collaborative robotics. Published on: Aug. 2013. vol. 6. pp. 1-4.
2. Ермишин К.В., Ющенко А.С. Коллаборативные мобильные роботы – новый этап развития сервисной робототехники / Ермишин К.В., Ющенко А.С. // Робототехника и техническая кибернетика. №3 (12). Санкт-Петербург: ЦНИИ РТК. 2016. С. 3-9.
3. Galin. R., Meshcheryakov R. (2021) Collaborative Robots: Development of Robotic Perception System, Safety Issues, and Integration of AI to Imitate Human Behavior. In: Ronzhin A., Shishlakov V. (eds) Proceedings of 15th International Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings". Smart Innovation, Systems and Technologies,. Springer, Singapore. vol. 187.
4. Galin R., Meshcheryakov R., Kamesheva S. (2020) Distributing Tasks in Multi-agent Robotic System for Human-Robot Interaction Applications. In: Ronzhin A., Rigoll G., Meshcheryakov R. (eds) Interactive Collaborative Robotics. ICR 2020. Lecture Notes in Computer Science, Springer, Cham. vol. 12336.
5. Robot or cobot: The five key differences. Hannover Messe, 18 October 2016. URL: http://www.hannovermesse.de/en/news/robot-or-cobot-the-five-key-differences.xhtml. (Дата обращения 20.08.2021).
6. Лопота А.В. Программы развития робототехники / Лопота А.В., Спасский Б.А // Робототехника и техническая кибернетика. Т. 9. № 1. Санкт-Петербург: ЦНИИ РТК. 2021. С. 5-16.
7. Ермолов И.Л. Стратегические вопросы развития российской робототехники // Инновации. 2020. №. 2. С. 43-46.
8. Mihelj M. et al. (2019) Collaborative Robots. In: Robotics. Springer, Cham. DOI:10.1007/978-3-319-72911-4_12.
9. Саламатов Ю.П. Система законов развития техники (Основы теории развития Технических систем). Institute of Innovative Design. Красноярск. 1996.
10. ГОСТ Р ИСО 8373-2014. Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения (2014) // Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Москва: Стандартинформ.
11. Юревич Е.П. Функциональные схемы роботов трех поколений. Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1974. № 6.
12. Ющенко А.С. Коллаборативная робототехника: состояние и новые задачи // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18. №. 12. С. 812-819.
13. Franklin C.S. et al. Collaborative robotics: New era of human–robot cooperation in the workplace. In: Journal of Safety Research. Elsevier Ltd., Amsterdam, Netherlands (2020). vol. 73. pp. 1-8.
14. Konz S. Work design: industrial ergonomics. Third Edition. Scottsdale, Arizona: Publishing Horizons. Inc. 1990.
15. Galin R., Meshcheryakov R. (2020) Human-Robot Interaction Efficiency and Human-Robot Collaboration. In: Kravets A. (eds) Robotics: Industry 4.0 Issues & New Intelligent Control Paradigms. Studies in Systems, Decision and Control, Springer, Cham. vol 272.
16. Wooldridge M., Jennings N. Agent Theories, Architectures and Languages: a Survey. Intelligent Agents: ECAI-94 Workshop on Agent Theories, Architectures and Languages (Amsterdam, The Netherlands, August 8-9, 1994). Ed. by M.Wooldridge, N.Jennings. Berlin: Springer Verlag. 1995. pp. 1-22.
17. Wooldridge M., Jennings N. Intelligent Agents: Theory and Practice. The Knowledge Engineering Review. 1995. vol. 10. № 2. pp. 115-152.
18. Тимофеев А.В. Мультиагентное и интеллектуальное управление сложными робототехническими системами // Теоретические основы и прикладные задачи интеллектуальных информационных технологий. СПб.: СПИИРАН. 1999. С. 71-81.
19. Vorotnikov S., Ermishin K., Nazarova A., Yuschenko A. (2018) Multi-agent Robotic Systems in Collaborative Robotics. In: Ronzhin A., Rigoll G., Meshcheryakov R. (eds) Interactive Collaborative Robotics. ICR 2018. Lecture Notes in Computer Science, Springer, Cham. vol. 11097.
20. Гайдук А.Р., Каляев И.А., Капустян С.Г. Управление коллективом интеллектуальных объектов на основе стайных принципов // Вестник ЮНЦ РАН. Т. 1. (2). 2005. С. 20-27.
21. Beer M. Organization Change and Development: A System View. London: Scott-Glenview: Foresman & Co. 1980.
22. Новиков Д.А. Теория управления организационными системами. 3-е изд. М.: Издательство физико-математической литературы. 2012. 604 с.
23. Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. М.: Эдиториал УРСС. 2002.
24. Kotenko I., Ulanov A. Agent-based simulation of DDOS attacks and defense mechanisms. Journal of Computing. 2005. vol. 4. № 2.
25. Ren W. Consensus seeking, formation keeping and trajectory tracking in multiple vehicle cooperative control. Brigham: Brigham University. 2004.
26. Hilmi I., Sariff N. A Survey and Analysis of Cooperative Multi-Agent Robot Systems: Challenges and Directions. Applications of Mobile Robots. 2019.
27. Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. Монография. 2009.
28. Darintsev O., Yudintsev B., Alekseev A., Bogdanov D., Migranov A. Methods of a Heterogeneous Multi-agent Robotic System Group Control, Procedia Computer Science. 2019. vol. 150. pp. 687-694.
29. Lavendelis E. et al. Multi–agent robotic system architecture for effective task allocation and management. Recent Researches in Communications, Electronics, Signal Processing & Automatic. 2012. pp. 22-24.
30. ISO/TC 299 Robotics – “ISO/TS 15066:2016 Robots and robotic devices – Collaborative robots”.
31. Белов М.В., Новиков Д.А. Методология комплексной деятельности. М.: Ленанд, 2018. 320 с.
32. Новиков Д.А. Математические модели формирования и функционирования команд. М.: Издательство физико-математической литературы. 2008. 184 с.
33. Бронштейн М. Управление командами для «чайников». М.: Вильямс. 2004.
34. Ющенко А.С. Эргономические проблемы коллаборативной робототехники // Робототехника и техническая кибернетика. 2019. Т. 7. №. 2. С. 85-93.
35. Malik A., Bilberg A. (2019), Complexity-based task allocation in human-robot collaborative assembly. Industrial Robot. vol. 46. №. 4, pp. 471-480.
36. Wang W., Li R., Diekel Z. et al. Robot action planning by online optimization in human-robot collaborative tasks. Int J Intell Robot Appl 2. 2018. pp. 161–179.
37. Галин Р.Р., Серебренный В.В., Тевяшов Г.К., Широкий А.А. Взаимодействие человека и робота в коллаборативных робототехнических системах. Известия Юго-Западного государственного университета. 2020. № 24(4). C.180-199.
38. Shi P., Yan B. A Survey on Intelligent Control for Multiagent Systems. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems. Jan. 2021. vol. 51. № 1. pp. 161-175.
39. Nazarova A., Zhai M. (2019) Distributed Solution of Problems in Multi Agent Robotic Systems. In: Gorodetskiy A., Tarasova I. (eds) Smart Electromechanical Systems. Studies in Systems, Decision and Control, Springer, Cham. vol. 174.
40. Jiménez A., García-Díaz V., Bolaños S. A Decentralized Framework for Multi-Agent Robotic Systems. Sensors. 2018. №18. Р. 417.
41. Иванов Д.Я. Распределение ролей в коалициях роботов при ограниченных коммуникациях на основе роевого взаимодействия // Управление большими системами: сборник трудов. 2019. №. 78.
42. Пшихопов В.Х., Медведев М.Ю. Групповое управление движением мобильных роботов в неопределенной среде с использованием неустойчивых режимов // Информатика и автоматизация. 2018. Т. 5. №. 60. С. 39-63.
43. Лохин В.М., Манько С.В., Александрова Р.И., Диане С.А., Панин А.С. Механизмы интеллектуальных обратных связей, обработки знаний и самообучения в системах управления автономными роботами и мультиагентными робототехническими группировками. Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. 16(8). С. 545-555.
44. Губко М.В., Новиков Д.А. Теория игр в управлении организационными системами. М.: Синтег. 2002.
2. Ермишин К.В., Ющенко А.С. Коллаборативные мобильные роботы – новый этап развития сервисной робототехники / Ермишин К.В., Ющенко А.С. // Робототехника и техническая кибернетика. №3 (12). Санкт-Петербург: ЦНИИ РТК. 2016. С. 3-9.
3. Galin. R., Meshcheryakov R. (2021) Collaborative Robots: Development of Robotic Perception System, Safety Issues, and Integration of AI to Imitate Human Behavior. In: Ronzhin A., Shishlakov V. (eds) Proceedings of 15th International Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings". Smart Innovation, Systems and Technologies,. Springer, Singapore. vol. 187.
4. Galin R., Meshcheryakov R., Kamesheva S. (2020) Distributing Tasks in Multi-agent Robotic System for Human-Robot Interaction Applications. In: Ronzhin A., Rigoll G., Meshcheryakov R. (eds) Interactive Collaborative Robotics. ICR 2020. Lecture Notes in Computer Science, Springer, Cham. vol. 12336.
5. Robot or cobot: The five key differences. Hannover Messe, 18 October 2016. URL: http://www.hannovermesse.de/en/news/robot-or-cobot-the-five-key-differences.xhtml. (Дата обращения 20.08.2021).
6. Лопота А.В. Программы развития робототехники / Лопота А.В., Спасский Б.А // Робототехника и техническая кибернетика. Т. 9. № 1. Санкт-Петербург: ЦНИИ РТК. 2021. С. 5-16.
7. Ермолов И.Л. Стратегические вопросы развития российской робототехники // Инновации. 2020. №. 2. С. 43-46.
8. Mihelj M. et al. (2019) Collaborative Robots. In: Robotics. Springer, Cham. DOI:10.1007/978-3-319-72911-4_12.
9. Саламатов Ю.П. Система законов развития техники (Основы теории развития Технических систем). Institute of Innovative Design. Красноярск. 1996.
10. ГОСТ Р ИСО 8373-2014. Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения (2014) // Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Москва: Стандартинформ.
11. Юревич Е.П. Функциональные схемы роботов трех поколений. Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1974. № 6.
12. Ющенко А.С. Коллаборативная робототехника: состояние и новые задачи // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18. №. 12. С. 812-819.
13. Franklin C.S. et al. Collaborative robotics: New era of human–robot cooperation in the workplace. In: Journal of Safety Research. Elsevier Ltd., Amsterdam, Netherlands (2020). vol. 73. pp. 1-8.
14. Konz S. Work design: industrial ergonomics. Third Edition. Scottsdale, Arizona: Publishing Horizons. Inc. 1990.
15. Galin R., Meshcheryakov R. (2020) Human-Robot Interaction Efficiency and Human-Robot Collaboration. In: Kravets A. (eds) Robotics: Industry 4.0 Issues & New Intelligent Control Paradigms. Studies in Systems, Decision and Control, Springer, Cham. vol 272.
16. Wooldridge M., Jennings N. Agent Theories, Architectures and Languages: a Survey. Intelligent Agents: ECAI-94 Workshop on Agent Theories, Architectures and Languages (Amsterdam, The Netherlands, August 8-9, 1994). Ed. by M.Wooldridge, N.Jennings. Berlin: Springer Verlag. 1995. pp. 1-22.
17. Wooldridge M., Jennings N. Intelligent Agents: Theory and Practice. The Knowledge Engineering Review. 1995. vol. 10. № 2. pp. 115-152.
18. Тимофеев А.В. Мультиагентное и интеллектуальное управление сложными робототехническими системами // Теоретические основы и прикладные задачи интеллектуальных информационных технологий. СПб.: СПИИРАН. 1999. С. 71-81.
19. Vorotnikov S., Ermishin K., Nazarova A., Yuschenko A. (2018) Multi-agent Robotic Systems in Collaborative Robotics. In: Ronzhin A., Rigoll G., Meshcheryakov R. (eds) Interactive Collaborative Robotics. ICR 2018. Lecture Notes in Computer Science, Springer, Cham. vol. 11097.
20. Гайдук А.Р., Каляев И.А., Капустян С.Г. Управление коллективом интеллектуальных объектов на основе стайных принципов // Вестник ЮНЦ РАН. Т. 1. (2). 2005. С. 20-27.
21. Beer M. Organization Change and Development: A System View. London: Scott-Glenview: Foresman & Co. 1980.
22. Новиков Д.А. Теория управления организационными системами. 3-е изд. М.: Издательство физико-математической литературы. 2012. 604 с.
23. Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. М.: Эдиториал УРСС. 2002.
24. Kotenko I., Ulanov A. Agent-based simulation of DDOS attacks and defense mechanisms. Journal of Computing. 2005. vol. 4. № 2.
25. Ren W. Consensus seeking, formation keeping and trajectory tracking in multiple vehicle cooperative control. Brigham: Brigham University. 2004.
26. Hilmi I., Sariff N. A Survey and Analysis of Cooperative Multi-Agent Robot Systems: Challenges and Directions. Applications of Mobile Robots. 2019.
27. Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. Монография. 2009.
28. Darintsev O., Yudintsev B., Alekseev A., Bogdanov D., Migranov A. Methods of a Heterogeneous Multi-agent Robotic System Group Control, Procedia Computer Science. 2019. vol. 150. pp. 687-694.
29. Lavendelis E. et al. Multi–agent robotic system architecture for effective task allocation and management. Recent Researches in Communications, Electronics, Signal Processing & Automatic. 2012. pp. 22-24.
30. ISO/TC 299 Robotics – “ISO/TS 15066:2016 Robots and robotic devices – Collaborative robots”.
31. Белов М.В., Новиков Д.А. Методология комплексной деятельности. М.: Ленанд, 2018. 320 с.
32. Новиков Д.А. Математические модели формирования и функционирования команд. М.: Издательство физико-математической литературы. 2008. 184 с.
33. Бронштейн М. Управление командами для «чайников». М.: Вильямс. 2004.
34. Ющенко А.С. Эргономические проблемы коллаборативной робототехники // Робототехника и техническая кибернетика. 2019. Т. 7. №. 2. С. 85-93.
35. Malik A., Bilberg A. (2019), Complexity-based task allocation in human-robot collaborative assembly. Industrial Robot. vol. 46. №. 4, pp. 471-480.
36. Wang W., Li R., Diekel Z. et al. Robot action planning by online optimization in human-robot collaborative tasks. Int J Intell Robot Appl 2. 2018. pp. 161–179.
37. Галин Р.Р., Серебренный В.В., Тевяшов Г.К., Широкий А.А. Взаимодействие человека и робота в коллаборативных робототехнических системах. Известия Юго-Западного государственного университета. 2020. № 24(4). C.180-199.
38. Shi P., Yan B. A Survey on Intelligent Control for Multiagent Systems. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems. Jan. 2021. vol. 51. № 1. pp. 161-175.
39. Nazarova A., Zhai M. (2019) Distributed Solution of Problems in Multi Agent Robotic Systems. In: Gorodetskiy A., Tarasova I. (eds) Smart Electromechanical Systems. Studies in Systems, Decision and Control, Springer, Cham. vol. 174.
40. Jiménez A., García-Díaz V., Bolaños S. A Decentralized Framework for Multi-Agent Robotic Systems. Sensors. 2018. №18. Р. 417.
41. Иванов Д.Я. Распределение ролей в коалициях роботов при ограниченных коммуникациях на основе роевого взаимодействия // Управление большими системами: сборник трудов. 2019. №. 78.
42. Пшихопов В.Х., Медведев М.Ю. Групповое управление движением мобильных роботов в неопределенной среде с использованием неустойчивых режимов // Информатика и автоматизация. 2018. Т. 5. №. 60. С. 39-63.
43. Лохин В.М., Манько С.В., Александрова Р.И., Диане С.А., Панин А.С. Механизмы интеллектуальных обратных связей, обработки знаний и самообучения в системах управления автономными роботами и мультиагентными робототехническими группировками. Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. 16(8). С. 545-555.
44. Губко М.В., Новиков Д.А. Теория игр в управлении организационными системами. М.: Синтег. 2002.
Опубликован
2021-12-02
Как цитировать
Галин, Р. Р., Широкий, А. А., Магид, Е. А., Мещеряков, Р. В., & Мамченко, М. В. (2021). Эффективное функционирование смешанной неоднородной команды в коллаборативной робототехнической системе. Информатика и автоматизация, 20(6), 1224-1253. https://doi.org/10.15622/ia.20.6.2
Раздел
Робототехника, автоматизация и системы управления
Copyright (c) Ринат Романович Галин, Александр Александрович Широкий, Евгений Аркадьевич Магид, Роман Валерьевич Мещеряков, Марк Владиславович Мамченко
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).