Управление движением мобильного робота в стесненных условиях

• Автор: Сербенюк, Николай Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ГЛАВА I. МАНЁВРЕННОСТЬ ТРЁХКОЛЁСНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
1.1. Комнатные мобильные роботы
1.2. Конструкция робота Трикол
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОЛНОПРИВОДНОГО ДВИЖИТЕЛЯ
2.1. Условия СОГЛАСОВАНИЯ СКОРОСТЕЙ КОЛЕС ПРИ ДВИЖЕНИИ
2.2. Анализ возможных движений робота
2.3. «Вальсирующее» движение
2.4. Исследование исполнения движений
2.5. Результаты
ГЛАВА III. СЕНСОРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
3.1. Конический сенсор
3.2. Обзорная камера
3.3. Результаты
ГЛАВА IV. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
4.1. Система управления движением
4.2. Организация вычислительных процессов бортовой ЭВМ
4.3 Результаты
ГЛАВА V. СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ И ОТЛАДКИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ
5.1. Испытательный полигон
5.2. Система звукового объяснения - 98 -
5.3. Система радиосвязи
5.4. Интерфейс оператора
Результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

За последние десятилетия мировая робототехника и технологии, связанные с ними, развиваются стремительными темпами, приобретая все большую возможность использования роботов в различных областях человеческой деятельности. В первую очередь, это связано с постоянным совершенствованием характеристик двигателей для роботов, источников энергии, вычислительных средств бортовых систем и развития средств сенсорного оснащения.
Создание электродвигателей нового поколения и их микропроцессорных систем управления - вентильных, бесколлекторных, или приводов прямого управления "Direct Drive" - даёт возможность управлять не только скоростью вращения, но и крутящим моментом на валу двигателя (без использования сило-моментных датчиков)[69]. Это позволяет не только улучшить управление движением робота (например, повысить точность), но и создавать системы повышенного уровня адаптивного управления, что открывает новые возможности для использования роботов.
Современные интегральные схемы дают возможность быстро создавать компактные надежные системы управления, на разработку и отладку которых раньше уходило много времени и сил. Программное обеспечение, поставляемое вместе с ними, позволяет создавать алгоритмы управления на языках высокого уровня, а готовые программные наработки позволяют значительно сократить общие трудозатраты. Всё это сокращает время разработки алгоритмов навигации и поведения роботов в сложной окружающей среде.
Большое значение для создания "интеллектуальных" роботов имеет прогресс элементной базы систем технического зрения, крайне необходимых для использования в составе средств сенсорного обеспечения движения.
Кроме этого, современная доступность персональных компьютеров, обладающих большими вычислительными мощностями, расширяет возможности моделирования электронных и механических систем роботов,

что ускоряет их развитие. А широкая доступность средств Интернет позволяет коллективам разработчиков роботов активно обмениваться информацией.
Эти обстоятельства всё более превращают робототехнику в быстроразвивающуюся отрасль мехатронного машиностроения.
Среди роботов различных типов нужно выделить отдельную группу автономных мобильных роботов. Их создание во многом ещё требует поиска нестандартных решений в разработке их конструкций, алгоритмического, сенсорного и программного обеспечения. Для всех роботов этой группы свойственны общие признаки, а именно, все они используют:
> движитель, способный обеспечить передвижение робота в заданной среде (средах);
> набор необходимых исполнительных механизмов (манипуляторов и др.), зависящих от области применения робота;
> приводные механизмы движителя и исполнительных механизмов, управляемые, как правило, отдельной системой управления нижнего уровня и имеющие отдельную систему повышенной мощности для энергообеспечения их работы;
> автономные источники энергоснабжения всех систем робота;
> набор внутренних датчиков информации, обеспечивающих в системе управления робота возможность регулирования состояния его систем и формирование требуемого движения его приводных механизмов;
> локальные и дистанционные средства определения характеристик опорных и/или профильных характеристик окружения робота для автономного исполнения процессов принятия решений о требуемом или возможном движении,
> бортовой вычислитель (вычислители) с программами управления верхнего уровня, формирующими двигательное поведение робота в рамках специфицированных задач;

Для описания объектов, найденных на изображении, используется специальная структура, содержащая следующие поля:
• массив дуг, принадлежащих объекту (каждый элемент типа SArc);
• размер массива дуг (тип integer);
• минимальный радиус включенной дуги (тип integer);
• максимальный радиус включенной дуги (тип integer);
• минимальный угол включенной дуги (тип float);
• максимальный угол дуги, принадлежащей объекту (тип float);
• суммарная площадь объекта в пикселах (тип integer);
• центр объекта по радиусу (тип float);
• центр объекта по углу (тип float).
Предложенная структура позволяет сохранять информацию об объекте в полном объеме. С ее помощью можно не только уточнить характеристики объекта или определить его форму, но и отобразить объект на изображении целиком или по частям. Включенные в структуру значения размеров объекта необходимы при формировании множества объектов. Эти характеристики позволяют быстро определять принадлежность новой дуги объекту без перебора всех дуг, его формирующих.
При формировании множества объектов из множества дуг для каждой дуги определяется ее принадлежность одному из объектов. Каждая новая найденная дуга помещается в массив одного из объектов. Если дуга удовлетворяет параметрам связности с одним из существующих объектов, то она помещается в его массив дуг, и параметры объекта корректируются. Если ни одного подходящего объекта не существует, то формируется новый объект, содержащий эту дугу.
Характеристики образов маяков.
В качестве искусственных ориентиров при разработке и верификации алгоритмов управления движением робота внутри помещений были использованы специальные инфракрасные маяки. Аналогичная задача была