Разработка и исследование элементов систем управления, реализующих автономные режимы навигации для малогабаритных мобильных роботов

• Автор: Бутов, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЗАДАЧА РЕАЛИЗАЦИИ АВТОНОМНЫХ РЕЖИМОВ НАВИГАЦИИ ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ И АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ ЕЕ РЕШЕНИЯ С УЧЕТОМ СПЕЦИФИКИ МАЛОГАБАРИТНЫХ ПЛАТФОРМ
1Л Задача реализации автономных режимов навигации для малогабаритных мобильных роботов

1.2 Планирование траектории методами поиска на графе

1.3 Планирование траектории методом полей потенциалов

1.4 Синтез траектории движения бионическим методом адаптивного управления

1.5 Выводы
ГЛАВА 2. АДАПТАЦИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ АЛГОРИТМИЧЕСКОЙ БАЗЫ К СПЕЦИФИКЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
2.1 Способ обеспечения безопасности синтезируемой траектории движения для бионического метода адаптивного управления
2.2 Волновой итерационный алгоритм синтеза значений элементов тормозных регрессивных квазиполей препятствий
2.3 Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНОГО РОБОТА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ АВТОНОМНОЙ НАВИГАЦИИ
3.1 Выбор вычислительной платформы для решения задачи автономной навигации
3.2 Реализация бортовой подсистемы автономной навигации для
малогабаритных мобильных роботов в базисе технологий СнК и ПЛИС
3.3 Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ТРАЕКТОРИЙ ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
4.1 Разработка и исследование стенда виртуального моделирования элементов бортовой системы автономного планирования локальных траекторий
4.2 Разработка и исследование макета малогабаритной мобильной платформы, оснащенной бортовой системой планирования локальных
траекторий движения в заданную целевую локацию
4.3 Разработка и исследование эффективности применения режима
супервизорного телеуправления для малогабаритных мобильных роботов.
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. В настоящее время разработка и производство мобильных роботов представляет собой динамично развивающуюся отрасль. Мобильные роботы находят свое применение в промышленности и бытовой сфере. Активно ведутся разработки мобильных роботов для устранения последствий природных и техногенных катаклизмов, для военно-промышленного комплекса и космических исследований. Именно поэтому разработка мобильных роботов является не только коммерчески выгодной и научно значимой, но и стратегически важной для государства и общества в целом задачей.
Очевидно, что одной из базовых задач, которые должны решаться мобильными роботами, является задача перемещения в заданную целевую локацию или задача навигации. Во многих случаях данная задача эффективно решается оператором в режиме телеуправления. Однако существует ряд причин, обуславливающих актуальность разработки мобильных роботов, имеющих помимо режима телеуправления автономные и полуавтономные режимы решения данной задачи.
Существующие технологии обеспечения канала радиосвязи с оператором уязвимы по отношению к таким факторам, как зашумленность эфира и наличие радионепрозрачных преград. Канал радиосвязи может быть подавлен умышленно посредством существующих систем радиоэлектронной борьбы. Вероятность потери канала связи с оператором влечет за собой необходимость в наличии таких автономных режимов как, например, движение в точку уверенной связи.
Кроме того, даже при наличии стабильного канала связи внимание человека-оператора должно быть сосредоточено на решении задач стратегического уровня, таких как анализ фоно-целевой обстановки. В этой связи наличие автономных режимов решения локальных рутинных задач, к которым относится задача движения в заданную целевую локацию, позволяет существенно увеличить эффективность решения задач стратегического уровня.
В качестве базиса автономных режимов решения задачи движения в

3- ^Т(£+1) - ^Тг + Р^1;
4. Если Ут(£+1) = Ецг,то останов, иначе — переход к пункту 1.
Математическая модель, лежащая в основе функционирования ключевых элементов матрицы, может быть задана в виде следующего логического уравнения
где значение уу определяет выходную функцию ключевого элемента; уа(т{) -значения выходных функций КЭ, имеющих связи с данным; А и В - входы, определяющие функциональное состояние КЭ: соответствует ли данный КЭ свободному участку дискретного плана (А = О, В = 0), заблокированному участку (В=1) или целевому участку (А=1, В=0) в момент времени т;; С - вход, служащий для сброса состояний матрицы КЭ (С=1); символ Л определяет операцию логического «И» (конъюнкция), символ V определяет операцию логического «ИЛИ» (дизъюнкция), надчеркивание обозначает операцию логического «НЕ». Так как волновой процесс носит итерационный (дискретный) характер, ключевые элементы при передаче сигналов возбуждения задерживают их на ДуЕт тактов дискретного времени, где д для КЭ, соответствующих свободным участкам, представляет собой натуральное число, выражающее трудность прохождения участка (зависит от рельефа и типа подстилающей поверхности), и д = 1 для КЭ, соответствующих целевым или заблокированным участкам.
Структурная схема ключевого элемента, математическая модель которого описывается логическим уравнением 1.10, приведена на рисунке 1.10.
[34]:
(1.10)
У] / У а' А, В е {ОД}, д е N