Интеграция беспилотных дронов и наземных строительных роботов: системы координации и обмена данными для комплексной автоматизации строительства
Ключевые слова:
беспилотные летательные аппараты, строительные роботы, системы координации, обмен данными, протоколы связи, MQTT, интегрированные роботизированные системы, автоматизация строительстваАннотация
Цифровизация строительной отрасли требует новых подходов к организации взаимодействия различных автономных систем. Настоящее исследование посвящено разработке и анализу эффективности интегрированных систем координации и обмена данными между беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) и наземными строительными роботами. На основе анализа существующих протоколов связи и алгоритмов взаимодействия выявлены ключевые ограничения современных систем коллаборации автономных агентов в строительстве. Предложена многоуровневая архитектура информационного взаимодействия с использованием гибридных протоколов передачи данных. В качестве эмпирической базы использованы результаты тестирования разработанной системы на трех строительных площадках различного масштаба с применением мультироторных БПЛА и модульных наземных роботизированных комплексов. Результаты исследования демонстрируют повышение точности позиционирования строительных роботов на 43,7% при использовании данных аэрофотосъемки с БПЛА, сокращение времени выполнения строительных операций на 38,2% и снижение энергопотребления роботизированных систем на 27,5% благодаря оптимизации маршрутов и режимов работы. Предложенный подход к интеграции разнотипных робототехнических систем через унифицированную шину данных на базе модифицированного протокола MQTT обеспечивает масштабируемость решения и совместимость с существующими информационными системами строительных объектов. Практическая значимость исследования заключается в возможности применения разработанной методологии для повышения эффективности строительных работ и расширения функциональных возможностей автоматизированных строительных систем.
Библиографические ссылки
Alqudsi Y. Coordinated formation control for swarm flying robots // Proceedings of the 1st Inter. conf. on emerging technologies for dependable Internet of Things. 2024. pp. 1-8.
Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M. Convergence of machine learning and robotics communication in collaborative assembly: Mobility, connectivity and future perspectives // Journal of intelligent & robotic systems. 2020. Vol. 98. pp. 541-566.
Araujo E.M.M., Costa A.L., Ramirez A.R.G. Interaction protocols for multi-robot systems in Industry 4.0 // Advanced applications for Industry 4.0. IntechOpen. 2021.
Asadi K., Kalkunte Suresh A., Ender A., Gotad S., Maniyar S., Anand S., Rundel S., Natarajan N., Chandgadkar S., Vela P.A., Benson V., Wu J., Staab W. An integrated UGV-UAV system for construction site data collection // Automation in Construction. 2020. Vol. 112. Art. 103068.
Cheng M.H., Liang C.J., Dominguez E.G. Safe Operations of Construction Robots on Human-Robot Collaborative Construction Sites // Proceedings of the International symposium on automation and robotics in construction. 2024. Vol. 41. pp. 9-16.
Costa R., Costa N., Ramos J., Frazao L. A ROS2-Based Gateway for Modular Hardware Usage in Heterogeneous Environments // Sensors. 2024. Vol. 24(19). Article 6341.
Hafeez S., Cheng R., Mohjazi L., Imran M.A., Sun Y. A blockchain-enabled framework of UAV coordination for post-disaster networks // ArXiv preprint. 2024. ArXiv:2402.15331.
Lacroix S., Le Besnerais G. Issues in cooperative air/ground robotic systems // Proceedings of the robotics research: The 13th Inter. symposium ISRR. Berlin, Hoboken: Springer. 2010. pp. 421-432.
Liu T., Bai G., Tao J., Zhang Y.A., Fang Y. A multistate network approach for resilience analysis of UAV swarm considering information exchange capacity // Reliability engineering & System safety. 2024. Vol. 241. Art. 109606.
Mohsan S.A.H., Othman N.Q.H., Li Y., Alsharif M.H., Khan M.A. Unmanned aerial vehicles (UAVs): Practical aspects, applications, open challenges, security issues, and future trends // Intelligent service robotics. 2023. Vol. 16(1). pp. 109-137.
Odeh I., Giacco M., Islam T., Pawar K.K., Ashar V. The sky's the limit: leveraging drone technology in infrastructure projects // Global infrastructure Hub. 2024.
Ou B., Liu F., Niu G. Distributed localization for UAV–UGV cooperative systems using information consensus filter // Drones. 2024. Vol. 8. Art. 166.
Prieto S.A., Xu X., Garcia de Soto B. A guide for construction practitioners to integrate robotic systems in their construction applications // Frontiers in built environment. 2024. Vol. 10. Art. 1307728.
Queralta J.P., Taipalmaa J., Can Pullinen B., Sarker V.K., Gia T.N., Tenhunen H., Westerlund T. Collaborative multi-robot search and rescue: Planning, coordination, perception, and active vision // IEEE Access. 2020. Vol. 8. pp. 191617-191643.
Wang S., Zhao B., Li X., Zhang Y. A secure and energy-efficient data sharing scheme for urban drone rescue networks // IEEE Transactions on intelligent transportation systems. 2023. Vol. 24(1). pp. 892-902.
