Исследования по научно-образовательному проекту организационно оформляются в четыре подпроекта, в том числе три исследовательских и один образовательный:

• разработка математических моделей и методов анализа взаимодействия человека с мехатронными системами, обеспечивающими восстановление базовых функций движения (подпроект 1);

• разработка теоретических основ, алгоритмического и технического обеспечения автономного управления роботизированными дронами в составе группы (подпроект 2);

• разработка математических моделей промышленных робототехнических систем для безлюдных производств и методов идентификации и коррекции моделей для планирования и выполнения сложносоставных движений в экстремальных условиях эксплуатации (подпроект 3);

• создание новой магистерской программы «Прикладная робототехника», вовлечение магистрантов и аспирантов существующих программ и новой программы в исследовательскую деятельность в рамках задач проекта (подпроект 4).

Среди преимуществ — дешевизна, повышенная устойчивость к отказам, имманентная масштабируемость, простота производства, развёртывания и обслуживания, возможность дооснащения и адаптации к различным приложениям.

Научная значимость исследований и его фундаментальность определены комплексной разработкой и апробацией инновационных доказательных технологий синтеза и анализа технических систем рефлексо-подобного распределённого самоуправления одноранговыми автономными гомогенными сетями роботизированных платформ в реалистичных сценариях, представляющих интерес для разнообразных перспективных практических приложений.

Новизна проекта в моделировании заключается в разработке нового набора парадигм, подходящих для исследования и восстановления взаимодействий и диссипативных сил, которые возникают при качении или скольжении по жесткой руке робота податливого тела с распределённым профилем контакта.

Одним из ключевых направлений исследования в проекте является новая постановка классической задачи управления силами взаимодействия в тех критических приложениях, где требуют воспроизведения не только определённой последовательности конфигураций манипулируемого инструмента, но и прикладываемых сил, вызванных контактом инструмента с окружающей средой или с обрабатываемой деталью.

Актуальность проекта

Основополагающей научной проблемой, на решение которой направлен проект, является поиск и апробация масштабируемых математических, вычислительных и инженерных методов и подходов по разработке, прототипированию и внедрению перспективных робототехнических и мехатронных систем в реабилитации, промышленной робототехнике и управлении ансамблем (роем) мобильных автономных систем.

Создание масштабируемых научных подходов по разработке и управлению перспективными робототехническими и мехатронными системами в реабилитации, промышленной робототехнике и области роевых мобильных автономных систем (и их апробация и внедрение в работе производственных робототехнических линий, в координации поведения множества одноранговых мобильных беспилотных платформ и при подборе и настройке активных протезов и экзоскелетов) является одной из наиболее актуальных задач на стыке теоретических, инженерных и когнитивных наук.

Научная и практическая значимость проекта

Предполагаемые результаты проекта позволят существенно расширить область применения цифровых методов проектирования, методов создания цифровых двойников и методов их использования при решении задач анализа и управления сложными мехатронными системами; внести вклад в создание лидирующей в РФ научной группы и научной экосистемы в заявленных тематических направлениях на федеральной территории «Сириус».

В рамках проекта будут разработаны отечественные платформы и программно-аппаратные комплексы для обеспечения мобильности лиц с ограниченными возможностями и повышения эффективности физиотерапевтических процедур при их реабилитации.

Ожидаемые результаты

В рамках проекта будут разработаны технологии и технические средства группового управления, в том числе с человеко-машинным интерфейсом:

• методология персонализированного моделирования динамики тела человека при вертикализации и ходьбе;

• математические модели динамики тела человека, сопряжённого с мехатронной системой, и их верификация;

• математические модели контактных взаимодействий элементов многокомпонентной системы, сочетающей в себе тело человека и мехатронную систему, и их верификация;

• алгоритмы планирования движений и управления мехатронной системой, её мониторинга и диагностики, их программные реализации;

• анализ существующих протезов и экзоскелетов, на базе которого будут предложены модификации, расширяющие их функционал;

• прототип протеза и/или экзоскелета для реабилитации (частично) утраченных жизненно важных функций;

• методические материалы и рекомендации для физиотерапевтов;

• математические модели и алгоритмы управления беспилотными мобильными платформами;

• имитационная модель;

• результаты исследования методом имитационного моделирования;

• технические средства взаимодействия;

• алгоритмы управления и физический прототип;

• математические и вычислительные методы;

• математические модели и алгоритмы;

• алгоритмы и системы управления движением;

• адаптивные и робастные системы управления;

• системы оптимизации, мониторинга и поддержки работы промышленной робототехнической линии;

• реализация в рамках образовательного процесса Научно-технологического университета «Сириус» базовых и специальных курсов и реализация программы магистратуры «Прикладная робототехника».

Другие проекты