Модели и алгоритмы картографирования среды и планирования движений автономных мобильных роботов для мониторинга лабиринтов

• Автор: Кучерский, Роман Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Содержание
Введение
Г лава 1. Принципы построения, особенности применения и проблемы разработки автономных мобильных роботов

1.1. Области применения автономных мобильных роботов

1.2. Современные подходы к решению задач локальной навигации и

картографирования в системах управления автономными мобильными роботами

1.2.1. Использование алгоритма расширенного фильтра Калмана (ЕЮ7) для решения задачи локальной навигации и картографии
1.2.2. Использование алгоритма Ра818ЬАМ для решения задачи локальной навигации и картографии
1.2.3. Использование алгоритма ОР-8ЬАМ для решения задачи локальной навигации и картографии

Выводы по 1 главе и постановка задачи

Глава 2. Развитие методов и алгоритмов локальной навигации, картографирования и планирования движений автономного мобильного робота для обследования лабиринтов
2.1. Сравнительный анализ подходов к решению задачи локальной навигации и картографии
2.2. Разработка алгоритмов построения карты лабиринта произвольной топологии
2.2.1. Разработка модели и алгоритмов нахождения и идентификации ориентиров
2.2.2. Разработка структуры данных для представления карты полостей строительных конструкций
2.2.3. Алгоритм гарантированного обхода лабиринта произвольной протяженности и топологии автономным мобильным роботом

2.3. Оценка эффективности разработанных алгоритмов картографирования
полостей строительных конструкций
Выводы по 2 главе
Глава 3. Разработка алгоритмов кооперативного картографирования протяженных участков полостей строительных конструкций
3.1. Разработка алгоритмов информационного взаимодействия роботов в
задачах кооперативного картографирования
3.2. Планирование задач и распределение заданий на основе динамически
формируемого технологического графа
Выводы по 3 главе
Глава 4. Экспериментальные исследования и оценка эффективности разработанных алгоритмов картографирования лабиринтов с использованием автономных мобильных роботов
4.1. Разработка программного моделирующего комплекса 81ат8шш1а1:ог
4.2. Проведение комплексных экспериментальных исследований
Выводы по 4 главе
Заключение
Литература
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г

Введение
Многообразие потенциальных применений интеллектуальных мобильных роботов охватывает огромный спектр различных прикладных задач, связанных с проведением работ в неопределенных и экстремальных условиях - от космических и глубоководных исследований, обслуживания атомных станций, ликвидации последствий техногенных аварий и катастроф, борьбы с терроризмом и использования в интересах вооруженных сил, полицейских и других спецподразделений, до выполнения сложнейших медицинских операций (по целевой доставке требуемым органам необходимых доз медикаментозных препаратов), автоматизации коммунально-хозяйственной сферы, организации быта и досуга и т.д.
Создание интеллектуальных мобильных роботов, способных обеспечить выполнение требуемых функций в автономном режиме, является крайне сложной проблемой, требующей проведения глубоких исследований по целому ряду важнейших вопросов - от принципов построения и способов технической реализации, до этики поведения искусственных систем по отношению к человеку и их взаимного сосуществования. Комплексное решение этой проблемы предполагает последовательный переход от стадии теоретических и экспериментальных разработок к этапу их опытного внедрения с проверкой эффективности развиваемых подходов, анализом их целесообразности и т.д. Подобное положение вещей обусловливает то пристальное внимание, которое повсеместно придается фундаментальным и прикладным исследованиям в области управления и искусственного интеллекта в приложении к задачам робототехники.
В ряду основных функциональных возможностей, которыми должен обладать автономный мобильный робот, ориентированный на решение широкого спектра различных прикладных задач по сбору разнородной информации и выполнению сложных технологических операций в экстремальных средах, на открытой местности или в сложных городских

унифицированного программного алгоритмического обеспечения, такого как, например, программный продукт «CARMEN» (the Carnegie Mellon Robot Navigation Toolkit) [26], представляющего собой набор инструментов навигации робота, разработанного Университетом Карнеги—Меллон. CARMEN - бесплатный набор программного обеспечения для управления мобильным роботом. Это модульное программное обеспечение, позволяющее решать следующие задачи: управление с помощью датчиков, протоколирование выполняемых операций, преодоление препятствий, локализация, планирование движения и создание карты.
Реализуемый набор функциональных возможностей включает:
• поддержка различных мобильных платформ (iRobot ATRV, iRobot ATRVjr, iRobot B21R, ActivMedia Pioneer I, ActivMedia Pioneer II, Nomadic Technologies Scout, Nomadic Technologies, XR4000, OrcBoard, Segway);
• поддержка аппаратных средств для лазерного дальномера (SICK laser range finder) и GPS приемника;
• симуляция работы робота и сенсоров (двухмерная);
• планирование пути;
• определение положения робота (локализация);
• построение карты и работа с ней;
• запись полученных данных и возможность их воспроизведения;
• централизованный вычислительный модуль (сервер);
• система CARMEN написана на языке программирования С, но поддерживается Java;
• система CARMEN работает под ОС Linux и доступна по лицензионному соглашению для свободного программного обеспечения (GPL или GPU).
На рис. 1.22 представлен фрагмент настройки параметров системы управления, с учетом выбранного набора датчиков, средств планирования