Разработка и исследование бионических алгоритмов построения информационной модели среды в задаче локальной навигации автономных мобильных роботов

• Автор: Доленко, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПОДХОДЫ К ПОСТРОЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ СРЕДЫ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ ЛОКАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ АВТОНОМНЫМИ МОБИЛЬНЫМИ РОБОТАМИ С НЕЙРОСЕТЕВОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Анализ известных алгоритмов построения информационной модели среды для решения задачи локальной навигации
1.2. Особенности построения информационной модели среды для нейросетевой планировщика траектории движения АМР
1.3 Способы обработки зрительной информации в биологических системах зрения животных
1.4 Выводы
ГЛАВА 2. СИНТЕЗ БИОНИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ СРЕДЫ ДЛЯ НЕЙРОСЕТЕВОГО ПЛАНИРОВЩИКА
2.1 Обработка, интерпретация и представление дистантных данных для бионических алгоритмов
2.2 Синтез и исследование алгоритма выделения объемных препятствий на базе математической модели информационной деятельности ганглиозных On- Off- клеток сетчатки
2.3 Оптимизация алгоритма выделения объемных препятствий на базе математической модели информационной деятельности ганглиозных On- Off- клеток сетчатки
2.4 Синтез и исследование алгоритма формирования убывающих полей задержек вокруг выделенных объемных препятствий на базе математической модели информационной деятельности ганглиозных Off- клеток сетчатки
2.5 Синтез алгоритма построения информационной модели внешней среды для нейросетевого планировщика
2.6 Синтез алгоритма комплексирования данных от нескольких сенсоров для построения информационной модели внешней среды
2.7 Выводы

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ЛОКАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ АВТОНОМНЫМИ МОБИЛЬНЫМИ РОБОТАМИ
ЗЛ Разработка программно-аппаратного комплекса верификации алгоритмов
3.2 Экспериментальные исследования на программно-аппаратном комплексе разработанных алгоритмов в условиях полигонов различной степени сложности
3.3 Практическое использование разработанных алгоритмов.
3.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. В настоящее время мобильная робототехника востребована практически во всех отраслях деятельности человека, начиная от культурно-массовых предприятий и медицинских учреждений, заканчивая исследовательскими и военными проектами. Особенно остро стоит проблема применения автономных мобильных роботов (АМР) в условиях повышенной опасности и агрессивности внешней среды. Примерами таких условий могут быть возникающие в результате техногенных катастроф зоны химического или радиационного поражения, мониторинг и патрулирование труднодоступных мест, например, нефтепровод, пролегающий по шельфу морского дна, совместная работа АМР с людьми в условиях производственных помещений или складов с токсичными, взрывоопасными и радиоактивными материалами и т.п. Во всех этих случаях необходима автономная навигация мобильного робота в естественной, априори неформализованной динамически изменяющейся внешней среде.
Автономная навигация мобильных роботов подразумевает решение задач построения информационной модели внешней среды на основе данных, полученных от сенсоров, и планирования с помощью неё траектории движения АМР. Различным аспектам решения указанных задач посвящены работы как отечественных (Ю.В. Чернухин, В.Х. Пшихопов, И.А. Каляев, Е.И. Юре-вич, В.П. Носков, И. В. Рубцов и др.), так и зарубежных (S.Thrun, R.Glasius, A.Komoda, SimonX. Yang, M. Ollis, K.Konolige, M.Otte) ученых. Несмотря на то, что разработаны достаточно эффективные алгоритмы автоматического планирования траектории движения АМР, методы их использования для организации адаптивного управления АМР, и требования к представлению внешней среды, широкому практическому применению данных методов препятствуют ограничения существующей алгоритмической базы оперативного построения адекватных и полных информацишшых моделей сред функционирования АМР. Адекватность и полнота информационной модели среды,

Распространение волны возбуждения производится как на нейроэлементы нейросети, так и на нейроэлементы дополнительного слоя. Как и прежде, вход многостабильного триггера, на который приходит фронт волны возбуждения раньше других, определяет оптимальное направление движения робота.
Таким образом, для того чтобы построить информационную модель внешней среды для нейросетевого планировщика траектории движения АМР, требуется произвести классификацию участков среды на препятствия, свободные и целевые участки, сформировать убывающие поля задержек вокруг участков препятствий, после чего произвести комплексирование массивов выделенных препятствий, полей задержек и целевых участков. Обработка массивов дистантных данных традиционными методами с последующим представлением в виде метрической карты не позволяет обеспечить режим работы в реальном масштабе времени, а рассмотренные методы построения информационной модели среды без перехода в декартовую систему координат не производят классификации дискретных участков на препятствия и свободные участки. Исходя из этого, необходимо исследовать альтернативные способы обработки, интерпретации и комплексирования дистантных данных с целью дальнейшего построения информационной модели среды для синтеза траектории движения АМР нейросетевым планировщиком.
1.3 Способы обработки зрительной информации в биологических системах зрения животных
Зрительная система многих животных и человека играет ключевую роль в восприятии внешнего мира. С помощью зрительной системы производится извлечение метрической (форма, расстояние до объектов и т.п.), а также семантической (категоризация, распознавание и т.д.) информации из внешней среды в широко варьируемых условиях освещенности. Помимо устойчивости и адаптации к изменчивым условиям освещенности, зрительная система с высокой скоростью преобразовывает и обрабатывает световые стимулы па-