Российские исследователи разработали универсальный алгоритм, предназначенный для согласования движений манипуляторов в роботизированных медицинских системах. Он позволяет избегать столкновений в условиях ограниченного пространства. Алгоритм проводит анализ рабочей зоны, выявляет ограничения, обусловленные совместной работой, корректирует траекторию и оптимизирует движения для повышения эффективности.
Для увеличения производительности в медицинских лабораториях применяют роботизированные комплексы, включающие несколько манипуляторов, которые одновременно выполняют разнообразные действия с множеством пробирок. Перед запуском роботизированной системы необходимо определить, какие операции будут выполняться последовательно, а какие – параллельно, и назначить их каждому устройству. После этого запускают роботизированные системы с различной конструкцией – звеньями, приводными механизмами и программным обеспечением – чтобы исключить их столкновений в ограниченном объеме.
Робототехнические системы обычно используют датчики, работающие в реальном времени, для координации своих действий. Однако исследователи из СТИ НИТУ МИСИС, ФИЦ ИУ РАН и БГТУ им. В. Г. Шухова разработали методику, позволяющую предварительно вычислять зоны и траектории, что позволит автоматизированным комплексам планировать свои действия, избегая ненужных остановок, перенастроек и столкновений.
«Для обеспечения точного перемещения коллаборативных роботов в условиях ограниченного пространства, мы создали специализированные алгоритмы. Эти программы позволяют заранее определять траекторию движения каждого манипулятора для достижения максимальной эффективности при выполнении задачи. Особое внимание было уделено формированию «зон безопасной работы» — невидимых границ, исключающих риск столкновений», — пояснил Сергей Халапян, к.т.н., доцент кафедры автоматизированных и информационных систем управления СТИ НИТУ МИСИС.
Используя компьютерное моделирование, ученые определили оптимальные траектории движения двух манипуляторов, выполняющих последовательные операции: один осуществляет дозирование жидкости, другой – подачу пробирок. При расчете учитывались все факторы внешней среды. Точность перемещения составляла менее миллиметра в горизонтальной плоскости и не превышала 0,2 мм по вертикали. Подробные результаты исследования доступны в научном журнале Machines (Q2).
«Наши алгоритмы подходят для разных типов манипуляторов. На этапе моделирования мы рассчитали рабочие области и безопасные зоны движения. Также мы протестировали систему, которая автоматически меняет точку встречи роботов при аликвотировании биоматериалов в зависимости от контекста окружения и их индивидуальной нагрузки», — сообщил научный сотрудник кафедры автоматизированных и информационных систем управления СТИ НИТУ МИСИС Владислав Воробьев ев.
Автоматическая корректировка точки взаимодействия в зависимости от нагрузки на каждый манипулятор была также разработана учеными, что позволило уменьшить продолжительность выполнения цикла.