Разработка и исследование экстраполирующих сетей нейропроцессорных систем управления мобильных роботов

• Автор: Писаренко, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.15, 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 193 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1 МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ МОБИЛЬНОГО РОБОТА В ДИНАМИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЕ

1.1 Задача управления мобильным роботом в динамически изменяющейся внешней средеЮ

1.2 Традиционные методы планирования

1.3 Нейропроцессорный метод планирования

1.4 Экстраполяция ситуаций в среде

1.5 Выводы
2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И СТРУКТУР ЭКСТРАПОЛИРУЮЩИХ СЕТЕЙ ДЛЯ НЕЙРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ПЛАНИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИЙ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ

2.1 Синтез алгоритмов и реализующих их структур комплексной экстраполирующей сети

2.1.1 Общая структура сети

1.2 Синтез сжимающей сети.
1.3. Синтез сети для экстраполяции скоростей перемещения
1.4 Синтез сети для экстраполяции направлений перемещения.
1.5 Синтез сдвигающей сети
.1.6 Общий алгоритм функционирования комплексной
экстраполирующей сети.
2.2 Синтез алгоритмов и реализующих их структур нейропроцессорных систем планирования с экстраполяцией.
2.2.1 Процедура оптимизации глубины экстраполяции
2.2.2 Синтез алгоритмов сравнения планов среды и оценки числа шагов экстраполяции
2.2.3 Синтез подсистемы адаптивной экстраполяции ситуации в среде .
2.2.4 Синтез алгоритма и реализующих его структур планирования перемещений мобильного робота с оптимизацией глубины экстраполяции .
2.3 Синтез механизма взаимодействия нейропроцессорной планирующей подсистемы и исполнительной подсистемы на базе синергетического тракторного регулятора.
2.3.1. Алгоритмы тракторного управления мобильным роботом
2.3.2 Взаимодействие нейропроцессорного планировщика и
регулятора в статической внешней среде.
2.3.3 Взаимодействие нейропроцессорного планировщика и
регулятора в быстроизменяющейся внешней среде
2.4 Выводы.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ
ЭКСТРАПОЛИРУЮЩИХ СЕТЕЙ НА ПРОГРАММНЫХ МОДЕЛЯХ
3.1 Программная моделирующая среда.
3.2 Результаты экспериментальных исследованийалгоритма планирования перемещений МР с оптимизацией числа шагов экстраполяции
3.2 Результаты экспериментальных исследований механизма
взаимодействия подсистемы нейропроцессорного стратегического планирования и регулятора синергетического типа.
3.3 Сравнение быстродействия программной модели КЭС и аппаратной ее реализации.
3.4 Выводы
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ В РАБОТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ
4.1 Действующий макет мобильного робота Скиф ТРТУ.
4.1.1 Характеристики шасси мобильного робота Скиф.
4.1.2 Программноаппаратная организация мобильного робота Скиф
4.2 Программная среда ЯоЬоРаШ для моделирования систем управления мобильных роботов, ориентированная на использование в учебном процессе
4.2.1 Общие сведения о программной среде и предпосылки ее создания
4.2.2 Элементы интерфейса среды и принципы его работы
4.2.3 Программирование системы управления робота.
4.3 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Если препятствие подвижно другой МР контур обхода расширяется на величину априори известного максимально возможного смещения препятствия на одном шаге. Для этого случая на каждом шаге пересчитывается Мтраектория новая Мтраектория есть траектория между точками Н и Т. На первом шаге обхода точка Н точка пересечения исходной Мтраектории с контуром препятствия, далее, в процессе обхода, точка Н смещается вместе с подвижным препятствием на каждом шаге рисунок 1. Б Н V Т
Ь
Рисунок 1. Обход подвижного препятствия Для упрощения планирования ориентация МР не учитывается и его состояние описывается только лишь двумя координатами на плоскости. Этот метод также не гарантирует оптимальности траектории движения при наличии нескольких препятствий сложной формы и изза неопределенности выбора направления их обхода. Экстраполяция перемещения цели отсутствует, а экстраполяция перемещения препятствий происходит на один шаг вперед, что не гарантирует безопасности МР. Возможности эффекторной подсистемы МР не учитываются. Достоинством метода являются небольшие вычислительные затраты на его реализацию. Рассматриваемый в работе метод тактического планирования перемещений ориентирован на уклонение от столкновений с управляемыми и неуправляемыми подвижными объектами путем регулирования модуля скорости перемещения управляемого объекта. Достижение промежуточных точек, лежащих на этой траектории, является тактической подзадачей. Для каждой промежуточной точки определено время ее достижения и для каждого отрезка глобальной траектории, лежащего между этими точками, определен модуль скорости движения объекта. Множество промежуточных точек, времен, их достижения и заданных скоростей являются исходными для решения задачи тактического планирования скоростей. Выбирается наиболее приоритетный управляемый объект. Для него строится двумерная пространственновременная диаграмма рисунок 1. Рисунок 1. Пространственновременная диаграмма Ось Оу определяет время, а ось Ох пройденное расстояние. Если объект движется с постоянной скоростью, то траектория его движения отображается на диаграмме в виде прямой линии, проходящей под углом к оси Ох прерывистая линия на рисунке 1. Пространственновременные области столкновений с подвижными неуправляемыми и управляемыми объектами представляются на данной диаграмме в виде прямоугольников, так как это показано на рисунке 1. Формируется множество кусочных траекторий, отличающихся друг от друга скоростью и позволяющих избежать столкновений. При этом могут использоваться различные критерии или их комбинации энергетические затраты, минимум рассогласования исходного и планируемого времени достижения промежуточной точки глобальной траектории, необходимость изменения скорости другим управляемым объектом и т. Выбранные траектории оптимального набора на рисунке 1. Рассмотренные действия повторяются для всех управляемых объектов среды, согласно их приоритета. Причем более высокоприоритетные объекты являются для низкоприоритетных неуправляемыми. В процессе планирования может оказаться, что не все управляемые объекты достигают целевых точек в заданное время. Поэтому при планировании скоростей движения объекта для достижения текущей промежуточной точки учитывается рассогласование времени, полученное в предыдущей точке. Недостатками данного метода являются необходимость наличия планировщика стратегического уровня, формирующего глобальную траекторию перемещения к цели, и строгой формализации среды. Близкий к рассмотренному предлагается метод в работах ,. Его суть заключается в формировании дерева маневров, переводящих МР из исходного состояния в целевое. Под маневром понимается изменение вектора скорости на каждом шаге функционирования системы управления робота с целью предупреждения будущих столкновений с подвижными и стационарными объектами среды. Правило выбора скорости состоит в следующем. Предполагается, что геометрически МР представляется в виде точки Л на рисунке 1. В на рисунке 1. МР. Состояние МР и препятствий описывается их положением на плоскости и вектором скорости.