probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2022-24-3-175-184probener-2238Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOTS, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSМетоды динамического перепрограммирования для мобильного робота с модульной архитектуройDynamic reprogramming methods for a mobile robot with modular architecture.АндреевВ. П.AndreevV. P.

Андреев Виктор Павлович – д-р техн. наук, профессор кафедры «Сенсорные и управляющие системы»

Victor P. Andreev

andreevipa@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6286-112XПлетеневП. Ф.PletenevP. F.

Плетенев Павел Филиппович – аспирант; инженер

Pavel F. Pletenev - engineer

cpp.create@gmail.comМосковский государственный технологический университет «СТАНКИН»РоссияMoscow State University of Technology «STANKIN»Russian FederationМосковский государственный технологический университет «СТАНКИН»; АО «ВНИИЖТ»РоссияMoscow State University of Technology «STANKIN»; AO «VNIIZhT»Russian Federation202215062022243175184Copyright © Андреев В.П., Плетенев П.Ф., 20222022Андреев В.П., Плетенев П.Ф.Andreev V.P., Pletenev P.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/2238

ЦЕЛЬ. Анализ существующих и перспективных методов динамического перепрограммирования, пригодных для использования в мобильном роботе с модульной архитектурой системы управления (СУ). Кратко описана функционально-модульная архитектура системы управления мобильного робота, реализующая распределённые вычисления, что позволяет обеспечить режим работы СУ в реальном времени при использовании в СУ модулей встраиваемых систем – микроконтроллеров невысокой производительности. Рассмотрены особенности применения 4-х методов по 6 критериям: применимость на разных встраиваемых микропроцессорных системах, объём требуемой оперативной памяти и памяти программ, скорость вычислений, теоретическая сложность создания реализации метода, теоретическая сложность использования метода конечным пользователем (настройщиком), гибкость создаваемого метода. В качестве результата исследования приведены рекомендации по применению рассмотренных методов.

THE PURPOSE of this article is to analyze existing and promising methods of dynamic reprogramming suitable for use in a mobile robot with a modular control system architecture. The article briefly describes functional-modular architecture of the control system (CS) of a mobile robot implementing distributed computing, which makes it possible to ensure the real-time operation of the modules’ CS even when it’s built using low-power embedded systems. The article describes features of 4 different methods according to 6 criteria: applicability on different embedded systems, the amount of operating and program memory required, the speed of calculations, the theoretical complexity of creating an implementation of the method, the theoretical complexity of using the method by the end user (tuner), the flexibility of the method being created. The results of this study are given in form of recommendations for the application of the considered methods in different environments and purposes.

мобильный роботмодульный роботсистема управлениякоммуникационный каналдинамическое перепрограммированиевстраиваемые системыmobile robotmodular robotcontrol systemcommunications channeldynamic reprogrammingembedded systemsReferencesПопов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: введение в специальность. – М.: Высшая школа, 1990. 224 с.Popov E.P., Pis'mennyi G.V. Osnovy robototekhniki: vvedenie v spetsial'nost'. M.: Vysshaya shkola, 1990. 224 p.Лопота А.В., Юревич Е.И. Этапы и перспективы развития модульного принципа построения робототехнических систем // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2013. № 1. С. 98-103.Lopota A.V., Yurevich E.I. Etapy i perspektivy razvitiya modul'nogo printsipa postroeniya robototekhnicheskikh system. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU. Informatika. Telekommunikatsii. Upravlenie. 2013. № 1. Pp. 98-103.Платонов А.К. Робототехника лунной базы // XXXIV Чтения по космонавтике. ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, 2010.Platonov A.K. Robototekhnika lunnoi bazy. XXXIV Chteniya po kosmonavtike. IPM im. M.V. Keldysha RAN, 2010.Андреев В.П., Ким В.Л., Эприков С.Р. Аппаратно-программный фреймворк для разработки модульных мобильных роботов с иерархической архитектурой // Известия ЮФУ. Технические науки. Раздел IV. Связь, навигация и наведение. Таганрог: Изд-во ФГАОУ ВО Южный федеральный университет, ISSN 1999-9429. 2020. №1(211). С. 199-218.Andreev V.P., Kim V.L., Eprikov S.R. Apparatno-programmnyi freimvork dlya razrabotki modul'nykh mobil'nykh robotov s ierarkhicheskoi arkhitekturoi. Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki. Razdel IV. Svyaz', navigatsiya i navedenie. Taganrog: Izd-vo FGAOU VO Yuzhnyi federal'nyi universitet, ISSN 1999-9429. 2020. №1(211). p. 199-218.Андреев В.П., Ким В.Л., Плетенев П.Ф. Принцип полной функциональности модулей в гетерогенных модульных мобильных роботах / Экстремальная робототехника (ЭР-2017). Труды международной научно-технической конференции. Санкт-Петербург: ИПЦ ООО «Политехника-принт», 2017. С.81–91.Andreev V.P., Kim V.L., Pletenev P.F. Printsip polnoi funktsional'nosti modulei v geterogennykh modul'nykh mobil'nykh robotakh. Ekstremal'naya robototekhnika (ER-2017). Trudy mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii. Sankt-Peterburg: IPTs OOO «Politekhnika-print», 2017. pp.81-91.Андреев В.П., Плетенев П.Ф. Метод информационного взаимодействия для систем распределённого управления в роботах с модульной архитектурой // Труды СПИИРАН. 2018. № 2 (57). С. 134-160.Andreev V.P., Pletenev P.F. Metod informatsionnogo vzaimodeistviya dlya sistem raspredelennogo upravleniya v robotakh s modul'noi arkhitekturoi. Trudy SPIIRAN. 2018. № 2 (57).pp. 134-160.Андреев В.П. Система управления модульных мобильных роботов как мультиагентная система с пирамидальной топологией // "Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки", ISSN 1560-3644. 2020. № 3(207). С. 41-54.Andreev V.P. Sistema upravleniya modul'nykh mobil'nykh robotov kak mul'tiagentnaya sistema s piramidal'noi topologiei. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Severo-Kavkazskii region. Tekhnicheskie nauki", ISSN 1560-3644. 2020. № 3(207). pp. 41-54.S. Herbrechtsmeier, T. Korthals, T. Schopping, U. Ruckert AMiRo: a modular & customizable open-source mini robot platform // 20th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC), Sinaia. 2016. pp.687-692.Herbrechtsmeier, T. Korthals, T. Schopping, U. Ruckert AMiRo: a modular & customizable open-source mini robot platform. 20th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC), Sinaia. 2016. pp.687-692.Design of Transmote: a Modular Self-Reconfigurable Robot with Versatile Transformation Capabilities / Guifang Qiao, Guangming Song, Jun Zhang, Hongtao Sun, Weiguo Wang & Aiguo Song // Proceedings of the 2012 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics. 2012. pp.1331-1336.Design of Transmote: a Modular Self-Reconfigurable Robot with Versatile Transformation Capabilities. Guifang Qiao, Guangming Song, Jun Zhang, Hongtao Sun, Weiguo Wang & Aiguo Song. Proceedings of the 2012 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics. 2012. pp.1331-1336.Baca J., Ferre M., Aracil R. A heterogeneous modular robotic design for fast response to a diversity of tasks // Robotics and Autonomous Systems. 2012. vol. 60. no. 4. pp. 522–531.Baca J., Ferre M., Aracil R. A heterogeneous modular robotic design for fast response to a diversity of tasks. Robotics and Autonomous Systems. 2012. vol. 60. no. 4. pp. 522–531.R2P: An open source hardware and software modular approach to robot prototyping / A. Bonarini, M. Matteucci, M. Migliavacca, D. Rizzi // Robotics and Autonomous Systems. 2014. No.62. pp.1073-1084.R2P: An open source hardware and software modular approach to robot prototyping / A. Bonarini, M. Matteucci, M. Migliavacca, D. Rizzi . Robotics and Autonomous Systems. 2014. No.62. pp.1073-1084.Distributed and modular CAN-based architecture for hardware control and sensor data integration / D.P. Losada, J.L. Fernández, E. Paz, Rafael Sanz // Sensors. 2017. No.17. pp.1013-1030.D. P. Losada, J. L. Fernández, E. Paz, Rafael Sanz Distributed and modular CAN-based architecture for hardware control and sensor data integration. Sensors. 2017. No.17. pp.1013-1030.L. Peng, F. Guan, L. Perneel, H. Fayyad-Kazan and M. Timmerman EmSBoT: A lightweight modular software framework for networked robotic systems // 2016 3rd International Conference on Advances in Computational Tools for Engineering Applications (ACTEA), Beirut, 2016, pp.216-221. doi: 10.1109/ACTEA.2016.7560142.EmSBoT: A lightweight modular software framework for networked robotic systems / L. Peng, F. Guan, L. Perneel, H. Fayyad-Kazan and M. Timmerma. 2016 3rd International Conference on Advances in Computational Tools for Engineering Applications (ACTEA), Beirut, 2016, pp.216-221. doi: 10.1109/ACTEA.2016.7560142.Andreev, Victor & Pletenev, Pavel. Problems of Choosing an Intermodule Information Interaction Protocol for Mobile Robots with Modular Control System Architecture, Proceedings of the 32nd DAAAM International Symposium, pp.0151-0157, B. Katalinic (Ed.), Published by DAAAM International, ISBN 978-3-902734-33-4, ISSN 1726-9679, Vienna, Austria.AndreevVictor & Pletenev Pavel. Problems of Choosing an Intermodule Information Interaction Protocol for Mobile Robots with Modular Control System Architecture, Proceedings of the 32nd DAAAM International Symposium, pp.0151-0157, B. Katalinic (Ed.), Published by DAAAM International, ISBN 978-3-902734-33-4, ISSN 1726-9679, Vienna, Austria.Kirienko P., Dixon S, et al. OpenCyphal: Open technology for real-time intravehicular distributed computing and communication based on modern networking standards. URL: https://opencyphal.org/specification/Cyphal_Specification.pdf.Kirienko P, Dixon S, et al. OpenCyphal: Open technology for real-time intravehicular distributed computing and communication based on modern networking standards. URL: https://opencyphal.org/specification/Cyphal_Specification.pdf.Lobdell M. Robust over-the-air firmware updates using program flash memory swap on kinetis microcontrollers // Freescale Application Note, p. AN4533. 2012.Lobdell M. Robust over-the-air firmware updates using program flash memory swap on kinetis microcontrollers // Freescale Application Note, p. AN4533. 2012.Jaouhari S. E., Bouvet E. Secure firmware Over-The-Air updates for IoT: Survey, challenges, and discussions // Internet of Things. 2022. (18). C. 100508.Jaouhari S. E., Bouvet E. Secure firmware Over-The-Air updates for IoT: Survey, challenges, and discussions // Internet of Things. 2022. (18). C. 100508.Zandberg K., Baccelli E. Minimal virtual machines on IoT microcontrollers: The case of berkeley packet filters with rbpf // arXiv preprint arXiv:2011.12047. 2020.Zandberg K., Baccelli E. Minimal virtual machines on IoT microcontrollers: The case of berkeley packet filters with rbpf // arXiv preprint arXiv:2011.12047. 2020.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.