Навигация и управление мобильным роботом, оснащенным лазерным дальномером

• Автор: Минин, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

Глава 1. Анализ проблем и существующих методов решения задач
I И ' '
навигации для мобильного робота
1.1. Задачи, решаемые мобильными роботами
1.2. Средства очувствления мобильных роботов
1.2.1. Навигация мобильного робота в искусственной среде
с помощью сканирующего дальномера
1.3. Задачи навигации мобильного робота
1.4. Существующие методы решения задачи локальной навигации
1.4.1. Поиск экстремума функции различия
1.4.2. Совмещение сканов методом 1СР
1.4.3. Выделение характерных черт
1.5. Решение задач глобальной навигации. Вероятностные алгоритмы
1.5.1. Метод фильтрация Калмана
1.5.2. Метод фильтрации частиц
1.5.3. Метод локализации Монте-Карло
Выводы
Глава 2. Решение задачи локализации с помощью определения
параметров движения
2.1. Задача определения угловой и линейной скорости по дальнометрическим измерениям
2.1.1. Математическая модель относительного движения точек в дальнометрическом изображении
2.1.1.1. Движение мобильного робота без проскальзывания
2.1.1.2. Движение мобильного робота с учетом проскальзывания

2.1.2. Уравнение связи движения робота с функцией сечения
рельефа
2.1.3. Дискретизация задачи
2.1.4. Определение параметров движения
2.1.4.1. Определение оценок с помощью псевдообратной матрицы
2.1.4.2. Определение оценок с помощью метода рекуррентной фильтрации
2.1.4.3. Выбор параметров фильтра
2.1.5. Исследование работы алгоритма рекуррентной фильтрации в
среде МмЬаЪ
2.2. Исследование работы разработанного алгоритма при движении мобильного робота в частных случаях
2.2.1. Движение мобильного робота вдоль плоской стены
2.2.2. Вращение робота в цилиндрическом рельефе
2.2.3. Движение робота к плоской стене
2.2.4. Поведение матрицы ковариации ошибок оценок
2.3. Исследование поведения оценок параметров движения
мобильного робота во времени
2.4. Получение оценок координат положения мобильного робота при движении
2.4.1. Интегрирование уравнений движения
2.4.2. Использование расширенного фильтра Калмана
2.5. Предварительная обработка дальнометрического изображения
2.6. Исследование шумов
2.6.1. Подтверждение нормальности распределения
2.7. Точность определения параметров движения
2.7.1. Точность метода рекуррентной фильтрации
2.7.2. Точность определения координат робота

2.8. Определение линейной и угловой скоростей робота в среде с динамическими препятствиями
2.9. Комплексирование дальнометрических данных с информацией от других датчиков мобильного робота
2.9.1. Комплексирование с данными гироскопа
2.9.2. Комплексирование с данными спутниковой навигационной системы (СНС)
2.10. Построение карты
2.10.1. Виды описаний окружающей среды
2.10.2. Построение сетчатой карты для мобильного робота, оснащенного лазерным дальномером
2.11. Решение задачи глобальной навигации
2.11.1. Предсказание положения мобильного робота
2.11.2. Коррекция положения робота
Выводы
Глава 3. Управление мобильным роботом по данным лазерного
дальномера
3.1. Обеспечение движения вдоль стены
3.2. Движение в заданную точку на карте
3.2.1. Планирование пути по карте
3.2.2. Модификация алгоритма поиска пути в точку для безопасного движения робота
3.2.3. Движение по траектории
Выводы
Глава 4. Моделирование и экспериментальные исследования
4.1. Разработка системы управления мобильного робота
4.1.1. Состав оборудования мобильного робототехнического
комплекса

, і ,, яіплу . , , СОЯ |/ , , .
— /7 со + соз\! + п и + —о +п, = 0.
У р ) І р )
2.1.3. Дискретизация задачи
До сих пор мы считали, что измерения производятся непрерывно. В действительности же, измерения производятся в дискретные (равностоящие) моменты времени. При этом в каждый момент времени в качестве измерения мы получаем конечное множество пар координат точек рельефа в полярной системе координат Зр"1 = или, после перевода в декартовую систему
координат, = {(х/.у/)}, которое выше мы назвали сканом, и которое задает
видимый роботом рельеф в момент ?=?*. (Заметим, что при этом движение робота, а следовательно, и относительное движение точек, принадлежащих рельефу, по-прежнему описывается непрерывным образом, т.е. обоснованными дифференциальными уравнениями (2.1) и (2.7) или (2.9) и (2.10) соответственно).
Такая дискретизация измерений приводит к тому, что функция Дх,у,?), описывающая эволюцию рельефа, превращается в решетчатую функцию:
где к = 0,1,2,... - номер скана по времени, і = 0,1,2 IV - номер измерения внутри к-ого скана.
Заметим, что время к между соседними сканами не обязательно мало. Действительно, на интервале (?*, 7*+1) параметры движение робота со (і) и и (/) могут существенно изменяться, однако мы ищем постоянные (на этом шаге) со4 и , эквивалентные со (?) и о (?) в том смысле, что и та и другая пара переводит робот в одинаковые состояния (х^+ь Ук+> Фан) в силу уравнений движения (2.1) или (2.9).
Рассмотрим теперь к-ый скан. Все его точки принадлежат поверхности (2.18) и, следовательно, удовлетворяют дискретному аналогу соотношения (2.13):
(2.18)