Effective Functioning of a Mixed Heterogeneous Team in a Collaborative Robotic System

封面

如何引用文章

全文:

详细

The study describes a collaborative robot (cobot) as one of the types of intelligent robotics and its distinctive features compared to other types of robots. The paper presents a collaborative robotic system as a single complex system in which actors of different types – cobots and human workers – perform collaborative actions to achieve a common goal. Elements of a collaborative robotic system, as well as processes and entities that directly influence it are represented. The key principles of Human-Robot Collaboration are described. A collaborative robotic system is analyzed both as a multi-agent system and as a mixed team, whose members are heterogeneous actors.
The relevance of the work lies in a weak level of research on issues of formation of mixed teams of people and cobots and distribution of tasks in such teams, taking into account features of these two types of participants and requirements of their safe collaboration. This work focused on a formation of mixed teams of elements of a single complex human-cobot system, the distribution of tasks among the members of such teams, taking into account the need to minimize costs for its participants and the heterogeneity of the team. As part of the study, the problem of forming a mixed heterogeneous team of people and cobots, and distribution of work among its members, as well as the corresponding mathematical description are presented. Specific cases of the problem, including different cost functions of different types of participants, a limited activity of the team’s members, the dependence of the cost function of the participants of one type on the number of participants of another type, as well as an arbitrary number of works assigned to the team’s members are considered.

作者简介

R. Galin

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences

Email: rinat.r.galin@yandex.ru
Profsoyuznaya 65

A. Shiroky

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences

Email: shiroky@ipu.ru
Profsoyuznaya 65

E. Magid

Kazan Federal University

Email: dr.e.magid@ieee.org
Kremlevskaya 35

R. Meshcheryakov

V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences

Email: mrv@ieee.org
Profsoyuznaya 65

M. Mamchenko

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences

Email: markmamcha@gmail.com
Profsoyuznaya 65

参考

  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.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».