Содержание выпуска №2/2019

В.И. Цветков ⁽¹⁾ , Ю.И. Чудаков ⁽²⁾ , Ю.В. Ленский ⁽¹⁾

Оценка влияния характеристик воздушного светопровода на точность оптических автоколлимационных приборов

⁽¹⁾ ФГУП «НПЦАП имени академика Н.А. Пилюгина», г. Москва
⁽²⁾ АО НИИ ОЭП, г. Сосновый Бор
E-mail: otd04@npcap.ru

Статья посвящена проблемам влияния воздушной среды на точность измерения угла скручивания при использовании автоколлимационного способа.

Ключевые слова: угол скручивания, автоколлиматор, турбулентность, воздушная среда.

V.I. Tsvetkov ⁽¹⁾ , Y.I. Chudakov ⁽²⁾ , Y.V. Lensky ⁽¹⁾

Evaluation of air light guide characteristics impact on accuracy of optical autocollimation devices

⁽¹⁾ Academician Pilyugin Center, city of Moscow
⁽²⁾ Research Institute of Optoelectronic Instrument Engineering, the city of Sosnovy Bor
E-mail:otd04@npcap.ru

The article is devoted to the problems of air impact on accuracy of measuring the twist angle when applying the autocollimation method.

Keywords: twist angle, autocollimator, turbulence, air environment.

А.С. Анохин, А.Д. Ворона, К.С. Кузьмин, В.В. Николаева, Е.С. Смирнов, Ф.А. Юрлов

Оценка динамических параметров маятникового компенсационного акселерометра по переходной функции

ФГУП «НПЦАП имени академика Н.А. Пилюгина», г. Москва
E-mail: kskuzmin@gmail.com

Путем математического моделирования определены зависимости динамических параметров маятникового компенсационного акселерометра от его переходной функции. На основе этих зависимостей предложен метод оценки динамических параметров акселерометра.

Ключевые слова: акселерометр, переходная функция, полоса пропускания, запасы устойчивости.

A.S. Anokhin, A.D. Vorona, K.S. Kuzmin, V.V. Nikolaeva, E.S. Smirnov, F.A. Yurlov

Evaluation of dynamic parameters of pendulum compensation accelerometer by transition function

Academician Pilyugin Center, city of Moscow
E-mail: kskuzmin@gmail.com

Mathematical modeling was used to determine dependences of dynamic parameters of the pendulum compensation accelerometer on its transition function. The authors propose a method for estimation of the accelerometer dynamic parameters, which is based on these dependencies.

Keywords: accelerometer, transition function, bandwidth, stability factors.

В.В. Князев

Метод сведения векторного показателя к скалярному с индикацией недопустимых сочетаний значений частных показателей

E-mail: knzv.1961@yandex.ru

Приведен краткий анализ основных способов сведения векторных показателей к скалярным и предложен новый метод, отличающийся возможностью индикации наличия недопустимых значений частных показателей и недопустимых сочетаний значений частных показателей, а также простотой интерпретации результатов.

Ключевые слова: эффективность, качество, показатель эффективности, свертка вектора показателей, критерий оптимальности.

V.V. Knyazev

Method of reducing vector indicator to a scalar one with indication of unacceptable combinations of values of particular indicators

Peter the Great Military Academy of the Strategic Missile Forces, the city of Balashikha
E-mail: knzv.1961@yandex.ru

There is given a concise analysis of the main ways for reduction of vector indicators to the scalar ones, and proposed a new method featuring the ability to indicate presence of unacceptable values
of particular indicators and unacceptable combinations of the values of particular indicators. This method is also distinguished by simplicity of interpreting the results.

Keywords: effi ciency, quality, effi ciency indicator, convolution of indicators vector, optimality criterion.

Д.Е. Быстров  , А.С. Лычагов  , Р.Н. Садеков  , Г.Ю. Третьяков 

Алгоритм распознавания стрелочных переводов в задаче навигацииподвижного рельсового состава

 ФГУП «НПЦАП имени академика Н.А. Пилюгина»

В работе предлагается подход к использованию стрелочных переводов для коррекции показаний навигационной системы локомотива, оснащенной системой технического зрения.

Ключевые слова: системы технического зрения, навигация подвижного состава, распознавание объектов, стрелочный перевод.

D.E. Bystrov ⁽¹⁾ , A.S. Lychagov ⁽²⁾ , R.N. Sadekov ⁽³⁾ , G.Yu. Tretyakov ⁽⁴⁾

Algorithm for recognition of railroad switches in navigating rolling stock

⁽¹⁾ Ministry of Defence of the Russian Federation
⁽²⁾ Peter the Great Military Academy of the Strategic Missile Forces
⁽³⁾ Military innovative technopolis ERA
⁽⁴⁾ Academician Pilyugin Center

The paper off ers an approach to the use of railroad switches for correcting indications of the locomotive navigation system equipped with a computer vision system.

Keywords: computer vision systems, rolling stock navigation, object recognition, railroad switch.

А.М. Романов

Ресинхронизация сети Ethernet POWERLINK c программной реализации ведущего устройства на базе Robot Operating System

Российский технологический университет, г. Москва
E-mail: romanov@mirea.ru

В работе предлагается новый метод снижения джиттера в сетях Ethernet POWERLINK с программной реализацией ведущего устройства за счет использования разработанного автором устройства-ресинхронизатора, построенного на базе ПЛИС. Предложенное решение позволяет используя программный код ведущего устройства, запущенный в user-space операционной системы Linux добиться уровня джиттера менее 15 мкc, что превосходит результаты полученные ранее, в том числе с использованием драйверов, работающих в kernel-space. Достигнутые высокие характеристики подтверждаются результатами экспериментальных исследований. Также в работе описываются новые, разработанные автором, программные решения для организации взаимодействия устройств, подключенных по Ethernet POWERLINK, с программным обеспечением на базе Robot Operating System (ROS). Предложенные решения позволяют существенно сократить трудозатраты при решении прикладных задач. Также необходимо отметить, что все предложенные аппаратные и программные решения совместимы с отечествен-ной элементной базой.

Ключевые слова: Ethernet POWERLINK, джиттер, ROS, Linux, POSIX, полевая шина, промышленная связь.

A.M. Romanov

Resynchronization of Ethernet POWERLINK network with software implementation of master device based on Robot Operating System

Russian University of Technology, Moscow
Е-mail: romanov@mirea.ru

The paper off ers a new method for jitter reduction in Ethernet POWERLINK networks with
software implementation of the master device by using the resynchronizer developed by the authors,
which is built on the FPGA basis. This solution allows the use of the master device program code run in the user space of the Linux operating system to achieve the jitter level of less than 15 μs, which exceeds the results obtained before, including using the drivers working in kernel space. The results of experimental studies have confi rmed the achieved high performance. The work also describes new software solutions developed by the authors to organize interaction of the devices connected via Ethernet POWERLINK with the software based on the Robot Operating System (ROS). The proposed solutions make possible a signifi cant reduction of the labor costs during solution of the applied problems. It should also be noted that all the proposed hardware and software solutions are compatible with the domestic element base.

Keywords: Ethernet POWERLINK, jitter, ROS, Linux, POSIX, fi eldbus, industrial connection.

А.М. Романов ⁽¹⁾ , С.В. Манько ⁽¹⁾ , Е.И. Шестаков ⁽¹⁾ , А.Н. Малько ⁽¹⁾ , В.-Ю. Чиу ⁽²⁾

Способы описания и средства моделирования мехатронно-модульных реконфигурируемых роботов

⁽¹⁾ Российский технологический университет, г. Москва
⁽²⁾ Национальный университет Синь Хуа, г. Синьчжу
⁽¹⁾ E-mail: romanov@mirea.ru
⁽²⁾ E-mail: hp@ee.nthu.edu.tw

В статье дается обзор систем виртуального моделирования особого класса автономных мехатронно-модульных роботов, способных реконфигурировать свою структуру в зависимости от особенностей решаемых прикладных задач и условий их выполнения. Обсуждаются принципы построения, функциональные возможности и перспективы развития специализированного комплекса программно-инструментальных средств «АРАКС-Simulator», дается краткое описание конструкции и состава аппаратных средств макетного образца типового мехатронного модуля «АРАКС 4L1».

Ключевые слова: модульные реконфигурируемые роботы, виртуальное моделирование, XML, «АРАКС-Симулятор».

A.M. Romanov ⁽¹⁾ , S.V. Manko ⁽¹⁾ , E.I. Shestakov ⁽¹⁾ , A.N. Malko ⁽¹⁾ , Wei-Yu Chiu ⁽²⁾

Description methods and simulation tools for mechatronic-modular reconfi gurable robots

⁽¹⁾ Russian University of Technology, city of Moscow
⁽²⁾ National Hua University, city of Hsinchu
⁽¹⁾ E-mail: romanov@mirea.ru
⁽²⁾ E-mail: hp@ee.nthu.edu.tw

The article contains an overview of virtual simulation systems of a special class of autonomous
mechatronic-modular robots that are able to reconfi gure their structure depending on the characteristics
of the tasks to be solved and conditions for their execution. The article deals with discussing the principles of building, functional capabilities and prospects for development of ARAKS-Simulator specialized complex of software tools and contains a brief description of the design and composition of hardware of the prototype sample of the typical mechatronic module ARAX 4L1.

Keywords: modular reconfi gurable robots, virtual simulation, XML, ARAKS-Simulator.

А.М. Романов ⁽¹⁾ , М.П. Романов ⁽¹⁾ , С.В. Манько ⁽¹⁾ , М.А. Волкова ⁽¹⁾ , В.-Ю. Чиу ⁽²⁾ , Х.-П. Ма ⁽²⁾

Распределенная вычислительная система на базе модульного реконфигурируемого робота для задач слежения за множеством объектов

⁽¹⁾ Российский технологический университет, г. Москва
⁽²⁾ Национальный университет Синь Хуа, г. Синьчжу
⁽¹⁾ E-mail: romanov@mirea.ru
⁽²⁾ E-mail: hp@ee.nthu.edu.tw

В работе предлагается для решения задачи слежения за траекториями движения большого количества объектов в условиях ограниченных вычислительных ресурсов каждого из устройств управления модульного реконфигурируемого робота построить на их основе распределенную вычислительную систему. В рамках данной архитектуры авторами разрабатывается специализированное ядро ПЛИС, которое обеспечивает ускорение расчетов и решение задачи слежения за скоростью и ускорением каждого отдельного объекта за счет оптимизации программного обеспечения под конкретную задачу и возможности оперативной замены его для решения новой задачи.
Производится оценка производительности данного ядра и требуемых для его реализации ресурсов ПЛИС. На основе анализа этих данных предлагаются подходы к распределению вычислений между элементами распределенной системы управления реконфигурируемого робота для расчета скоростей и ускорений множества объектов, в том числе предложено выполнять реконфигурацию программного обеспечения отдельных модулей ПЛИС в процессе работы. Это позволяет не только агрегировать невостребованные ресурсы ПЛИС, но и при необходимости временно привлекать весь функционал микросхемы для решения сложных вычислительных задач за счет ее полной реконфигурации.
В работе на примере организации распределенных вычислений в задаче слежения за координатами, скоростями и ускорениями множества объектов – представлен полный цикл создания соответствующего специализированного вычислительного ядра от математической постановки решаемой задачи до проведения натурных экспериментов на базе разработанных модулей аппаратно-программного обеспечения ПЛИС. Работоспособность, высокое быстродействие и точность, низкая ресурсоемкость вычислений разработанных решений подтверждается как модельными, так и натурными экспериментами.

Ключевые слова: модульный реконфигурируемый робот, фильтр Калмана, матричные вычисления, распределенные вычисления, ПЛИС, Ethernet POWERLINK, слежение за объектами.

A.M. Romanov ⁽¹⁾ , M.P. Romanov ⁽¹⁾ , S.V. Manko ⁽¹⁾ , M.A. Volkova ⁽¹⁾ , Wei-Yu Chiu ⁽²⁾ , Hsi-Pin Ma ⁽²⁾

Distributed computing system based on modular reconfi gurable robot for tracking multiple objects

⁽¹⁾ Russian University of Technology, city of Moscow
⁽²⁾ National Xin Hua University, city of Hsinchu
⁽¹⁾ E-mail: romanov@mirea.ru
⁽²⁾ E-mail: hp@ee.nthu.edu.tw

The paper proposes building of a distributed computing system based on the control units of modular reconfi gurable robots, each having limited computational resources, to solve the task of tracking the trajectories of a large number of objects. Within the framework of this architecture, the
authors develop a customized FPGA core accelerating calculations and resolving the task of tracking the speed and acceleration of each individual object by optimizing the software for a specific task and providing the ability to quickly replace it for solution of a new task.
The paper also gives evaluation of the performance of this core and the FPGA resources required for its implementation. Through analysis of these data, there are proposed approaches to distribution of calculations between the elements of the distributed control system of a reconfi gurable robot for calculation of speeds and accelerations of multiple objects; there is also proposed software reconfi guration for individual FPGA modules during operation. This allows not only making aggregation of unclaimed FPGA resources, but also, if necessary, temporary involvement of the entire functionality of a chip to solve complex computational problems due to its complete reconfiguration.
As an example of the distributed computing organization in tracking the coordinates, speeds and accelerations of multiple objects, the paper presents a complete cycle of creation of the corresponding customized computing core: from mathematical formulation of the problem under solution to conduct of full-scale experiments based on the developed FPGA hardware-software modules. Efficiency, high speed and accuracy, low computation resource intensity of the developed solutions are confirmed by the model and fi eld experiments.

Keywords: modular reconfi gurable robot, Kalman filter, matrix computing, distributed computing, FPGA, Ethernet POWERLINK, object tracking.