Методы и алгоритмы определения пространственных характеристик стационарных объектов при навигации мобильного робота с монокулярной системой технического зрения

• Автор: Бабич, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СИСТЕМАХ НАВИГАЦИИ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
1.1 Методы, используемые при разработке систем навигации мобильных роботов
1.2 Основные подходы к определению искусственного интеллекта, используемые при решении задач навигации мобильных роботов..
1.3 Модели систем распознавания, используемые в монокулярных системах технического зрения
1.4 Формальные языки описания систем
1.5 Мобильные роботы
1.6 Выводы по главе
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА С УЧЁТОМ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ И АВТОНОМНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА
2.1 Определение и постановка задачи
2.2 Распознавание формы поверхности объекта по затенению
2.3 Определение локальной ориентации поверхностей путём анализа искажения ракурса текстуры объекта
2.4 Распознавание формы поверхности по степени размытия объекта при изменении фокуса видеокамеры
2.5 Распознавание формы поверхности при взаимном перемещении объекта и видеокамеры
2.6 Сопоставление рассматриваемых методов
2.7 Выводы по главе
ГЛАВА 3. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫДЕЛЕННОГО СТАЦИОНАРНОГО ОБЪЕКТА МОНОКУЛЯРНОЙ СИСТЕМОЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ МОБИЛЬНОГО РОБОТА
3.1 Общая задача определения пространственных характеристик выделенного стационарного объекта монокулярной системой технического
зрения

3.2 Решение подзадачи определения типа зависимостей, хранящихся в базе данных
3.3 Решение подзадачи определения интерполирующей функции входных данных и определения соответствия между полученной информацией и информацией в базе данных
3.4 Решение подзадачи определения пространственных характеристик объекта и формирования управляющего воздействия для корректировки курса
3.5 Использование нейросетевой адаптивной модели для определения пространственных характеристик выделенного стационарного объекта и управления мобильной платформой
3.6 База данных разработки системы технического зрения
3.7 Применение нечёткой математики
3.8 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА
4.1 Моделирование работы разработанного алгоритма средствами 3D Studio Мах и среды Matlab
4.2 Разработка аппаратной части экспериментального стенда
4.3 Разработка программной части экспериментального стенда
4.4 Практическое использование
4.5 Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И АББРЕВИАТУР
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. На сегодняшний день автономные мобильные роботы и роботы, управляемые дистанционно, находят всё более широкое применение в таких областях как исследование космического пространства и океанских глубин, опасные производства, устранение последствий техногенных катастроф. Основным требованием, предъявляемым к таким роботам, является их точная ориентация в процессе перемещения в пространстве относительно неподвижных препятствий и подвижных объектов [1], [2].
Ранее решение задач навигации возлагалось на человеко-машинные системы. Например, при навигации летательных аппаратов использовалась способность подготовленного человека-штурмана ориентироваться в пространстве, используя для этого показания отдельных приборов навигационной системы (магнитного компаса, радиокомпаса, специальных систем «Радиостанция ближней навигации» и т.д.) и счисление пути (длина пути и направление перемещения летательного аппарата с момента начала движения) [3]. Отличительной особенностью таких систем являлось восстановление местонахождения летательного аппарата при полёте по маршруту и выход в заданную точку только в исключительных случаях - при заходе на посадку, или при выполнении спецзадания [4].
В наиболее развитых системах навигации летальных аппаратов
задействовано большое разнообразие датчиков навигационной информации,
использующих большое число систем координат (СК), что объясняется
необходимостью обеспечить решение всех навигационных задач с требуемой
точностью. В целом, используемые системы координат зависят от масштабов
перемещения летательного аппарата в пространстве и их можно разделить на
глобальные, местные и астрономические. В разработке систем координат для
решения штурманских задач самолётовождения большое влияние оказали
работы Красовского A.A. и Каврайского В.В. [5],[6]. В рассматриваемых

4. Языки, ориентированные на транзакты. Такие языки применяются для описания пространственного движения динамических объектов, называемыми транзактами и представляют собой элементы потока. В процессе имитации транзакты создаются и уничтожаются. Функцию каждого из них можно представить как движение через модель Мт с поочередным воздействием на ее блоки.
ЯОН обычно очередь предоставляют программисту-разработчику модели Мм большие возможности и гибкость при разработке, отладке и использовании модели. Обычно эта гибкость достигается ценой больших усилий, затрачиваемых на разработку алгоритма поведения и программирования модели. Отсчет системного времени и контроль за ходом вычислений существенно усложняют всю систему и организацию выполнения операций.
Известны и хорошо зарекомендовали себя, многоцелевые языки общего назначения разработаны для решения задач практически из любой области. Учитывая, что создание искусственного интеллекта требует решения множества различных задач (например, математическая обработка изображений, логические вычисления, опрос датчиков, взаимодействие с электроникой), то универсальность многоцелевых ЯОН может явиться ключевой особенностью при выборе языка программирования для создания искусственного интеллекта мобильных роботов.
Среди прочих многоцелевых ЯОН следует выделить Lab VIEW и C++.
LabVIEW разработан для организации взаимодействия с измерительной и
управляющей аппаратурой, что является одной из основных задач при
проектировании робота. В отличие от других текстовых языков, таких как С,
Pascal и др., где программы составляются в виде строк текста, в LabVIEW
программы создаются в виде графических диаграмм, подобных обычным блок-
схемам [62], [63]. В то же время LabVIEW в большей степени ориентирован на
АСУ ТП и АСНИ, в чём уступает более гибкому C++. В настоящее время язык
LabVIEW является основопологающим средством, используемым при
программировании мобильных роботов разрабатываемых по программе