Методы динамического перепрограммирования для мобильного робота с модульной архитектурой

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.

1. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: введение в специальность. – М.: Высшая школа, 1990. 224 с.

2. 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.

3. Платонов А.К. Робототехника лунной базы // XXXIV Чтения по космонавтике. ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, 2010.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Lobdell M. Robust over-the-air firmware updates using program flash memory swap on kinetis microcontrollers // Freescale Application Note, p. AN4533. 2012.

17. Jaouhari S. E., Bouvet E. Secure firmware Over-The-Air updates for IoT: Survey, challenges, and discussions // Internet of Things. 2022. (18). C. 100508.

18. Zandberg K., Baccelli E. Minimal virtual machines on IoT microcontrollers: The case of berkeley packet filters with rbpf // arXiv preprint arXiv:2011.12047. 2020.