Исследование возможностей и путей совершенствования информационно-измерительных и управляющих систем мобильных роботов с дистанционными сенсорами

• Автор: Пряничников, Валентин Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 332 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ
СИСТЕМЫ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
1Л. Проблемы построения алгоритмов системы управления и навигации мобильных роботов с дистанционными сенсорами
1.2. Операционная среда - информационное пространство многосенсорной системы мобильного робота. Структура ИИУС
1.3. Мехатронные объекты управления с дистанционными сенсорными системами, используемыми при формировании обратных связей
1.3.1. Характеристики макетов, образцов мобильных роботов
1.3.2. Построение ультразвуковых и оптических систем
1.3.3. Разработка промышленных образцов информационно-измерительных систем и их применения к задаче создания линейного привода с программным управление
1.4. Интеграционное программное обеспечение для формирования операционной среды и управления мобильных роботов
1.5. Постановка задачи
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДИСТАНЦИОННЫХ АКУСТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ И ПОСТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСА МОДЕЛЕЙ
2.1. Трансляционная аппроксимация рельефа и алгоритм задания внешней среды мобильного робота. Программная реализация
2.2. Построение базовой модели эхолокации (непрерывной и дискретно-непрерывной) для выявления информативных свойств эхосигналов
2.2.1 Вычисление элементарных эхосигналов
2.2.2 Границы допустимости параметризации и линеаризации, исследование алгоритма моделирования элементарных эхосигналов
2.2.3 Общий алгоритм вычисления эхосигналов и верификация программы

2.3. Исследование механизма рассеяния на квазире1улярных структурах (резонансная модель). Результаты измерений и диаграммы рассеяния, доказывающие реализуемость соответствующих акустических сенсорных систем
2.4. Формирование операционной среды мобильных роботов с ультразвуковыми сенсорами, вычислительные эксперименты с системой программной классификации формы и свойств объектов внешней среды
2.4.1 Построение способов обработки акустической информации в установившемся режиме регистрации эхосигналов
2.4.2 Исследование информационной значимости неустановившегося режима регистрации эхосигналов
2.4.3 Вычислительные эксперименты с разработанной системой классификации рельефа местности
2.5. Основные результаты исследований перспективных сенсорных систем и определение требований к построению акустической аппаратуры
Глава 3. МЕТОД АТТЕСТАЦИИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ТРАКТА
СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭВРИСТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА НОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ
3.1. Основные параметры оптического тракта систем технического зрения
3.2. Алгоритм юстировки и аттестации систем технического зрения (СТЗ). Эксперименты и метод обработки изображений лазерной подсветки для вычисления параметров оптико-электронного тракта СТЗ
3.3. Формализация процедуры синтеза оптических схем. Оптические элементы, их нотификация и схематическое отображение
3.4. Формирование списков оптических элементов. Программная реализация системы синтеза ОС с использованием экспертных правил
3.5. Оценка практической применимости системы для генерации оптических схем, включаемых в расчет нового типа модульной оптики для СТЗ

1.3.2. Построение ультразвуковых и оптических систем
Робототехника по существу остается комплексной проблемой информатики и программирования, теоретической механики и теории управления. Применение дистанционных сенсоров, как основы для создания ИИУС, тем более оправдано, чем большую неопределенность внешних условий приходится преодолевать мобильным роботам. В такой среде распространения сигналов как воздух и вода достаточно эффективно работают акустические и оптические сенсоры, хотя и среда вносит существенные искажения [21, 63, 78, 80-82, 98, 110, 132]. Поэтому для разработки соответствующего информационного обеспечения большое значение имеет подробное исследование условий работы ДС и динамических возможностей МР. Рассмотрим известные подходы к решению проблем построения многосенсорных ИИУС и повышения точности оптических систем, к решеншо обратных задач в акустике,
Механизмы рассеяния акустических волн рассматриваются в работах, основная направленность которых - дальняя локация, изучение статистических свойств морского дна и повышение точности дальнометрии, а не создание способов идентификации объектов с помощью ультразвуковых систем. Тем не менее применительно к главе 2 (модели ультразвуковых сенсоров) наиболее интересны следующие работы [52,65,68,75,102,119]. Классические методы эхолокации развиты в известных наиболее ранних работах, содержание которых отражают приведенные их краткие названия: Ф.Г.Басс, рассеяние волн на статистически неровных поверхностях, 1972 [8], В.А.Боровиков, дифракция на многогранниках, 1966 [11], Л.М.Бреховских, В.И.Воловов, Ю.Ю.Житковский, теория звуковых полей в океане, статистические исследования по рассеянию от дна, 1974 [17], И.П.Голя-мина, М.А.Исакович, исследования физики ультразвука, 1979 [25] , И.Н.Канев-ский, о фокусировании ультразвуковых волн, 1977 [53] , В.В. Ольшевский, Статистическая гидроакустика, 1977 [80], Дж.Релей, [105], Е.Скучик, фундаментальное изложение основ акустики, 1958 [102], В.И.Мясищев, физические основы подводной акустики (подробные данные для частот 24 КГц), 1955. Наибольшее