Local ant system for allocating robot swarms to time-constrained tasks

We propose a novel application of the Ant Colony Optimization algorithm to efficiently allocate a swarm of homogeneous robots to a set of tasks that need to be accomplished by specific deadlines. We exploit the local communication between robots to periodically evaluate the quality of the allocation solutions, and agents select independently among the high-quality alternatives. The evaluation is performed using pheromone trails to favor allocations which minimize the execution time of the tasks. Our approach is validated in both static and dynamic environments (i.e. the task availability changes over time) using different sets of physics-based simulations. (C) 2018 Elsevier B.V. All rights reserved

A study on centralised and decentralised swarm robotics architecture for part delivery system

Drones are also known as UAVs are originally designed for military purposes. With the technological advances, they can be seen in most of the aspects of life from filming to logistics. The increased use of drones made it sometimes essential to form a collaboration between them to perform the task efficiently in a defined process. This paper investigates the use of a combined centralised and decentralised architecture for the collaborative operation of drones in a parts delivery scenario to enable and expedite the operation of the factories of the future. The centralised and decentralised approaches were extensively researched, with experimentation being undertaken to determine the appropriateness of each approach for this use-case. Decentralised control was utilised to remove the need for excessive communication during the operation of the drones, resulting in smoother operations. Initial results suggested that the decentralised approach is more appropriate for this use-case. The individual functionalities necessary for the implementation of a decentralised architecture were proven and assessed, determining that a combination of multiple individual functionalities, namely VSLAM, dynamic collision avoidance and object tracking, would give an appropriate solution for use in an industrial setting. A final architecture for the parts delivery system was proposed for future work, using a combined centralised and decentralised approach to combat the limitations inherent in each architecture

Інформаційна система з підтримки дослідження задачі складання маршрутів БПЛА з рухомою базою обслуговування

Магістерська дисертація: 102 с., 23 рис., 37 табл., 9 додатків, 49 джерел. Актуальність. Особливий інтерес до планування маршруту БПЛА виявляють військові відомства різних країн. Крім того БПЛА активно використовуються в цивільній сфері, тож обрана тема є актуальною на поточний момент. Метою роботи є розробка алгоритмів для дослідження задачі складання маршрутів БПЛА з рухомою базою обслуговування та дослідження їх ефективності. Об’єктом дослідження знаходження маршрутів БПЛА для задачі, а предмет дослідження – методи знаходження маршрутів. Завдання дослідження: провести аналіз предметної області; сформулювати математичну модель досліджуваної задачі; провести аналіз методів розв’язання задачі; розробити алгоритми розв’язання досліджуваної задачі; розробити інформаційну систему з підтримки проведення досліджень ефективності розроблених алгоритмів; провести аналіз результатів експериментів. Наукова новизна отриманих результатів полягає в розробці нових алгоритмів вирішення поставлених завдань. Практичне значення одержаних результатів. Розроблені алгоритми можна використовувати в системах складання маршрутів БПЛА, що працюють в реальних умовах.Master's thesis: 102 pages, 23 figures, 37 tables, 9 appendices, 49 sources. Topicality. The military departments of various countries show special interest in planning the UAV route. In addition, UAVs are actively used in the civilian sphere, so the chosen topic is relevant at the current moment. The purpose of the work is the development of algorithms for the study of the task of constructing UAV routes with a mobile service base and the study of their effectiveness. The object of research is finding UAV routes for the task, and the subject of research is route finding methods. Objectives of the study: conduct an analysis of the subject area; formulate a mathematical model of the researched problem; conduct an analysis of problem solving methods; develop algorithms for solving the researched problem; develop an information system to support conducting research on the effectiveness of the developed algorithms; analyze the results of experiments. The scientific novelty of the obtained results lies in the development of new algorithms for solving the tasks. Practical significance of the obtained results. The developed algorithms can be used in UAV route planning systems operating in real conditions

Оптимізація маршрутів безпілотних літальних апаратів за наявності декількох депо

Магістерська дисертація: 110 с., 33 рис., 44 табл., 55 джерел, 1 додаток. Актуальність. У сучасному світі задачі маршрутизації транспортних засобів відіграють ключову роль у логістиці та інших застосуваннях. Це пов’язано з постійним збільшенням продукції на ринку та потребою в доставці великого обсягу товарів за малий час та з мінімальними витратами. Якщо раніше в якості транспортних засобів розглядали наземний транспорт, то нині стрімко набувають популярності безпілотні літальні апарати. Уже зараз їх почали розглядати не лише як засоби доставки товарів, а і як транспорт, який може дістатися до складнодоступних місць. Безпілотні літальні апарати значно скорочують витрати коштів та часу, що необхідні для обстеження та/чи обслуговування об’єктів, оскільки є дешевшими в експлуатації за традиційні транспортні засоби та можуть швидко дістатися до необхідних об’єктів. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі автоматизованих систем обробки інформації та управління Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» в рамках теми Інституту кібернетики ім. В. М. Глушкова НАН України (2017–2021 рр.): ВФ.180.11 «Розробити математичний апарат, орієнтований на створення інтелектуальних інформаційних технологій розв’язування проблем комбінаторної оптимізації та інформаційної безпеки» (№ 0117U000323). Мета роботи – мінімізація часу обстеження або вартості маршрутів внаслідок обстеження та/чи обслуговування заданої множини цілей на місцевості безпілотними літальними апаратами, що можуть розміщуватися в декількох депо, за наявності певних додаткових обмежень. Для досягнення мети необхідно виконати наступні завдання: виконати аналіз сучасного стану задач маршрутизації транспортних засобів та задач маршрутизації для безпілотних літальних апаратів; здійснити огляд наявних методів розв’язування задач маршрутизації транспортних засобів за наявності декількох депо; розробити алгоритми розв’язування задачі маршрутизації безпілотних літальних апаратів за наявності декількох депо (детермінований локальний пошук, пошук із заборонами, алгоритм імітації відпалу, алгоритм прискореного ймовірнісного моделювання); розробити програмне забезпечення; виконати дослідження ефективності розроблених алгоритмів. Об’єктом дослідження роботи є процес побудови маршрутів за допомогою безпілотних літальних апаратів. Предметом дослідження є методи побудови маршрутів за наявності декількох депо. Методи дослідження – емпіричні та теоретичні. Наукова новизна – класифікація задач маршрутизації транспортних засобів, розробка нових алгоритмів маршрутизації безпілотних літальних апаратів за наявності декількох депо. Прикладна значущість. Методи та програмне забезпечення можуть бути використані для розв’язування задач маршрутизації безпілотних літальних апаратів за наявності декількох депо в таких галузях, як пошукові та порятункові роботи, сільське господарство, моніторинг навколишнього середовища, воєнна справа, картографія, логістика. Публікації. Матеріали роботи опубліковані в фаховому журналі категорії Б «Науковий вісник Ужгородського університету. Серія математика й інформатика» [1] та на VІ Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих вчених та студентів «Інформаційні системи та технології управління» (ІСТУ-2021, м. Київ).Master's dissertation: 110 pages, 33 figures, 44 tables, 55 ​​sources, 1 appendix. Topicality. In today's world, vehicle routing tasks play a key role in logistics and other applications. This is due to the constant increase in production on the market and the need to deliver a large volume of goods in a short time and with minimal costs. If previously ground vehicles were considered as vehicles, now unmanned aerial vehicles are rapidly gaining popularity. They have already begun to be seen not only as a means of delivering goods, but also as a means of transport that can reach hard-to-reach places. Unmanned aerial vehicles significantly reduce the cost and time required to inspect and / or maintain facilities, as they are cheaper to operate than traditional vehicles and can quickly reach the required facilities. Connection of work with scientific programs, plans, themes. The work was performed at the Department of Automated Information Processing and Control Systems of the National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute named after Igor Sikorsky” within the theme of the Institute of Cybernetics named after Victor Glushkov NAS of Ukraine (2017–2021): VF.180.11 “To develop a mathematical apparatus focused on the creation of intelligent information technologies for solving problems of combinatorial optimization and information security” (№ 0117U000323). The purpose of the work is to minimize the time of inspection or the cost of routes due to the inspection and / or maintenance of a given set of targets in the field by unmanned aerial vehicles that can be located in several depots, subject to certain additional restrictions. To achieve this purposes you must perform the following tasks: perform an analysis of the current state of vehicle routing tasks and routing tasks for unmanned aerial vehicles; to review the existing methods of solving vehicle routing problems in the presence of several depots; to develop algorithms for solving the problem of routing unmanned aerial vehicles in the presence of several depots (deterministic local search, search with prohibitions, annealing simulation algorithm, algorithm of accelerated probabilistic modeling); develop software; perform research on the effectiveness of the developed algorithms. The object of the study is the process of building routes using unmanned aerial vehicles. The subject of research is methods of construction of routes in the presence of several depots. Research methods – empirical and theoretical. Scientific novelty – classification of routing tasks of vehicles, development of new algorithms for routing unmanned aerial vehicles in the presence of several depots. Applied significance. Methods and software can be used to solve the problems of routing unmanned aerial vehicles in the presence of several depots in areas such as search and rescue, agriculture, environmental monitoring, military affairs, cartography, logistics. Publications. Materials of the work were published in the professional journal category B “Scientific Bulletin of Uzhgorod University. Mathematics and Informatics Series” [1] and at the VI All-Ukrainian Scientific and Practical Conference of Young Scientists and Students “Information Systems and Management Technologies” (ISTU-2021, Kyiv)