Модели и алгоритмы многокритериального синтеза конфигурации робототехнического захвата для манипуляций с сельскохозяйственной продукцией

Объект. Робототехнический захват, установленный на манипуляторе, для взаимодействия с сельскохозяйственной продукцией. Предмет. Модели, алгоритмы управления и многокритериального синтеза конфигурации робототехнического захвата. Цель. Автоматизация процесса сбора сельскохозяйственной продукции за счёт разработки моделей, алгоритмов и многокритериального синтеза конфигурации робототехнического захвата и управления его программно-аппаратными компонентами при физических манипуляциях с объектами агропродукции. Новизна. 1. Разработаны концептуальная и алгоритмическая модели выбора параметров робототехнического манипулятора и системы управления захватом сельскохозяйственной продукции, отличающиеся автоматизированным многоэтапным анализом геометрических, механических, физических свойств манипулируемого объекта, параметров внешней среды, возможных рисков нанесения внутренних и внешних механических повреждений агропродукции и обеспечивающие конфигурирование робототехнического захвата. 2. Разработаны алгоритмы многокритериального синтеза конфигурации робототехнического захвата, отличающие комбинированным применением методов апостериорной оптимизации и обеспечивающие определение значений параметров конфигурации кинематической схемы, требуемых при проектировании и управлении концевым рабочим механизмом манипулятора. 3. Разработана конфигурация агрозахвата и алгоритм управления циклом работы его программно-аппаратных модулей при снятии плода, отличающийся описанием основных этапов физических манипуляций, формирования высокоуровневых управляющих команд и их исполнения в низкоуровневых программных модулях, реализующих интерфейсы к аппаратным средствам, задействованным в конфигурации четырехпалого робототехнического захвата с вакуумным сильфоном. 4. Разработана объектно-ориентированная структура программной системы AgroGripModeling для моделирования конфигурации робототехнического захвата, отличающаяся использованием трёх алгоритмов многокритериального синтеза, возможностью настройки собственных кинематических схем и параметров, предложенных в оригинальной классификации агрозахватов и агротехнологических задач. Теоретическая значимость. Разработка концептуальной и алгоритмической модели проектирования агрозахватов на основе анализа свойств манипулируемых объектов и параметров среды физического заимодействия. Разработанные алгоритмические модели выбора параметров управления и многокритериального синтеза конфигурации робототехнического захвата сельскохозяйственной продукции позволяют определять значения основных характеристик манипулятора и захвата для работы с конкретным типом физического объекта. Практическая значимость. Разработка программных средств, реализующих разработанные модели и алгоритмы, успешно апробированные в задаче синтеза робототехнического захвата для манипуляций с томатами. Предложенные модели и алгоритмы могут быть использованы при проектировании аргозахватов для других видов сельскохозяйственной продукции с применением разработанной оригинальной классификация агрозахватов, учитывающей как агротехнологические задачи, так и аппаратные компоненты захватов. Методология и методы исследования. Методы. Математическое и компьютерное моделирование, многокритериальная оптимизация, теория множеств, теория объектно-ориентированного проектирования и программирования. Область применения. Разработанные модели и алгоритмы синтеза конфигурации робототехнического захвата и управления его программно-аппаратными компонентами при манипуляциях с сельскохозяйственной продукцией были реализованы в программной системе AgroGripModeling и были использованы рядом коммерческих и государственных организаций в научно-образовательном процессе и при моделировании сельскохозяйственных задач, требующих манипуляций с продукцией. Исследования, отражённые в диссертации, проведены в рамках научно-исследовательской работы РФФИ № 18-58-76001 «Стратегии совместной деятельности гетерогенных роботов, контролируемой с помощью интуитивно понятных человеко-машинных интерфейсов, при решении сельскохозяйственных задач». Разработанные модели и алгоритмы управления взаимодействием гетерогенных сельскохозяйственных роботизированных комплексов были использованы при проведении исследовательских работ СПб ФИЦ РАН, КБНЦ РАН, ООО «Фабрика растений» и в учебном процессе ТГТУ, получены соответствующие акты внедрения. Программная система AgroGripModeling имеет свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020663715 от 31.10.2020 г.