WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Анализ этой функции позволяет выделить три области значений угла при вершине конического отражателя с различными свойствами преобразования сцены (Рис. 8). Первая область соответствует /2. В этом случае поле зрения сенсора расположено выше плоскости основания конического зеркала, а расстояние R(x) уменьшается с ростом расстояния x до его образа.

Второй области соответствует. В этом случае поле зрения сенсора расположено ниже плоскости основания конического отражателя, и расстояние до объекта R увеличивается по мере увеличения расстояния x до его образа.

Последней области соответствует.

В этом случае поле зрение разделяется на две области, одна из которых направлена «вверх», а другая «вниз» от плоскости основания конического отражателя. Причем на плоскости ПЗС-матрицы возникает граница раздела между их проекциями, которая соответствует строго

горизонтальному лучу. Полю зрения «вниз» соответствует область, содержащая центр изображения, а полю зрения «вверх» - расположенная на периферии.

Из полученной формулы следует, что для обеспечения максимального диапазона видимости в горизонтальной плоскости конического сенсора необходимо использовать конические отражатели с углом при вершине =/2 (поле зрения «вверх») или (поле зрения «вниз»). Однако кроме диапазона видимости следует учесть и точность измерения направления на объект, которая зависит от расстояния до его образа – чем больше расстояние х, тем выше точность. Следовательно, для поля зрения вверх по мере приближения к объекту точность определения направления на него будет возрастать, а для поля зрения вниз - уменьшаться. Таким образом, =/2 обеспечивает не только максимальный диапазон видимости, но и максимальную точность направления на объект на малых расстояниях.

В разделах два и три главы описываются алгоритмы обработки сенсорных данных конического сенсора в задачах определения текущего положения робота и требуемого направления его движения. Рассмотрено два метода анализа – с использованием последовательного анализа фотометрических характеристик точек изображения и – с использованием вейвлет-анализа изображения на основе предложенного "ромбического" базиса Хаара.

Цель последовательного алгоритма анализа данных конического сенсора заключается в выделении ярких и контрастных объектов в поле зрения конического сенсора и определении их расположения относительно робота. На первом шаге изображение, полученное от конического сенсора, разделяется на слои в один пиксел, которые образуют множество вложенных окружностей дискретных радиусов. На втором шаге алгоритма, на окружностях выделяются яркие и контрастные дуги, которые объединяются во множество дуг, упорядоченное по углу. На третьем шаге выполняется выделение образов объектов из полученного множества дуг. Каждый объект состоит из некоторого количества дуг, связанных по углу и по радиусу. На четвертом шаге выполняется вычисление положения каждого объекта относительно конического сенсора.

В диссертации был разработан специальный метод

вейвлет-преобразования для анализа данных конического сенсора. Разделим круг данных сенсора на N равных секторов (сегмента) и достроим каждый сектор до ромба (Рис. 9). Разделим каждую сторону ромба на 2M равных отрезков. Попарно соединим концы отрезков противоположных сторон друг с другом. Полученное множество ромбов образует покрытие сцены порядка M. Покрытия разного порядка внутри каждого сегмента являются вложенными, а число ромбов в них конечно, что позволяет ввести параметрическое описание каждого сегмента по порядку покрытия M и по порядковому номеру ромба в нем. Эта параметризация представляет собой новый базис, в котором скалярное произведение было определено через функции, аналогичные функциям Хаара, но построенные на двумерных ромбах. Разложение картины пиксельных яркостей по этому базису выполняется быстро, и позволяет выделять положение образов объектов требуемой величины.

Далее была исследована проблема определения формы отражателя для всенаправленного сенсора. Существенным свойством всенаправленных отражателей является неоднородное сжатие окружающей сцены на изображении. Это приводит к ухудшению точности измерений в некоторых областях поля зрения. Предложен метод расчета формы образующей отражающей поверхности всенаправленного отражателя с равномерной разрешающей способностью измерения расстояния до объекта в горизонтальной плоскости. Получены явные функции формы образующих отражателей (Рис. 10):

Поле зрения «вниз»:

Поле зрения «вверх»:

Во втором разделе третьей главы описывается алгоритм анализа данных обзорной телевизионной камеры, позволяющий определить в ее поле зрения отсутствие или наличие препятствия движению робота. Работа алгоритма основана на анализе формы гистограммы изображения. При отсутствии препятствий в поле зрения обзорной видеокамеры робота гистограмма ее данных имеет вид близкий к нормальному распределению. Признаком наличия препятствия является возникновение двух выраженных максимумов в гистограмме изображения.

В четвертой главе описывается состав оборудования системы управления, использованный для исследования способов управления движением робота Трикол. Подробно описываются алгоритмы навигации по маякам, построения маршрута движения, счисления пути и использования сенсорных сигналов. Исследуется влияние особенностей стандартных операционных систем MS DOS и MS Windows, как на структуру системы управления, так и на требования, предъявляемые к ее алгоритмам.

В первом разделе главы описана система управления движением колёс робота. Она состоит из четырех контроллеров, каждый из которых оснащен сигнальным процессором Atmega103. Три контроллера осуществляют управление движением колес робота, а четвертый реализует коммуникационные функции между ними и с бортовой ЭВМ.

Раздел 4.1.1. содержит описание построенных режимов управления движением корпуса робота, реализуемых системой управления движением его колёс. Предложенный набор состоит из шести режимов программных движений (поступательное движение в заданном направлении, движение по дуге к цели, вращение вокруг заданной точки и др.), которые позволяет роботу эффективно двигаться в стесненных условиях.

В разделе 4.1.2. описан алгоритм счисления пути. Каждое колесо робота оснащено двумя датчиками – потенциометром на курсовой оси и импульсным датчиком на маршевой. Обработка датчиков колес выполняется контроллерами системы управления движением колёс робота, результаты которой передаются бортовой ЭВМ. Восстановление текущего положения робота производится по осреднённым измерениям скоростей движения колёс на каждом такте опроса датчиков. Было исследовано два алгоритма счисления пути, использующие различные методы аппроксимации траектории. Первый алгоритм аппроксимировал траекторию движения робота линейными отрезками, второй – линейными отрезками и дугами. Наиболее эффективным оказался последний метод, точность которого превысила 0,2% от пройденного пути.

Раздел 4.2 содержит описание организации вычислительных процессов бортовой ЭВМ. Рассмотрены проблемы организации захвата видеоданных в ОС MS-DOS и

Windows. Исследована проблема синхронизации процессов в многопроцессорной системе управления робота.

В пятой главе рассматриваются методы и средства верификации алгоритмов управления движением мобильного робота. Необходимость этого вытекает из новизны и высокой сложности разрабатываемых методов управления движением в присутствии сенсорных помех. Опыт разработки системы управления робота Трикол показал, что главной проблемой её верификации является отладка не программ, а алгоритмов преобразования сенсорных данных и принятия поведенческих решений. Такую отладку невозможно осуществить без понимания причин неверной работы алгоритмов управления движением. Для этого понадобилась разработка описываемых в главе специализированных средств.

В первом разделе главы описывается разработанная конструкция специального полигона с навигационными маяками и цифровой системой управления для включения-выключения маяков в ручном и автоматическом режиме. Во втором разделе описана система речевого объяснения состояния робота в каждый момент его движения, что позволяет быстро оценивать ход работы алгоритмов. В третьем разделе описана система радиосвязи с роботом и разработанный в связи с этим специальный протокол обмена данными. Такая система нужна для передачи в реальном времени на стационарную инструментальную ЭВМ всего богатства телеметрических данных о состоянии систем движущегося робота, а также для осуществления дистанционного управления движением робота. Наконец, в четвертом разделе приведено описание устройства многофункционального графического интерфейса разработчика системы управления роботом на инструментальной ЭВМ. Разработанные средства позволяют непосредственно в процессе автоматического движения робота отображать текущее состояние систем робота, быстро определять недостатки их функционирования и изменять ключевые параметры используемых алгоритмов, что значительно ускоряет процесс настройки автономной системы управления.

Результаты диссертационной работы.

  1. Построена теория и изучены кинематические свойства движения трёхколёсного полноприводного мобильного робота без проскальзывания колес. Исследованы характеристики так называемого “вальсирующего” движения робота.
  2. Реализована зрительная система мобильного робота с использованием всенаправленного сенсора и обзорной камеры. Разработаны и реализованы алгоритмы анализа видеоданных всенаправленного сенсора для управления движением мобильного робота. Разработан и опробован алгоритм детектирования препятствий движению робота на основании данных обзорной камеры.
  3. Исследовано влияние формы конического отражателя на проекцию окружающего пространства на ПЗС-матрицу видеокамеры. Предложен метод расчета формы образующей отражающей поверхности всенаправленного отражателя с равномерной разрешающей способностью измерения расстояния до объекта в горизонтальной плоскости.
  4. Разработана многопроцессорная система управления автономного мобильного робота с шестью степенями подвижности. Для этой системы разработаны и реализованы алгоритмы навигационного счисления пути и движения в стесненных условиях.
  5. Развиты методы верификации алгоритмов системы управления мобильными роботами во время исполнения программы – система звукового объяснения действий робота, система обмена данными по радиоканалу и интерфейс оператора.

Список публикаций по теме диссертации.

  1. Богуславский А.А., Сербенюк Н.С., Соколов С.М. СТЗ для навигации подвижного робота по маякам на основе анализа конической проекции окружающего пространства на ТВ-камеру. Препринт ИПМ им М.В.Келдыша РАН №78 за 2001г
  2. Богуславский А.А., Сербенюк Н.С., Соколов С.М. Конический сенсор для навигации подвижного робота по маякам. // Доклады научной школы-конференции «Мобильные роботы и мехатронные системы» (Москва, 5-6 декабря 2000г.). – М.: Изд-во Института механики МГУ, 2000. 42-56с.
  3. Платонов А.К.,. Сербенюк Н.С Зрительная система объезда препятствий // Доклады научной школы-конференции «Мобильные роботы и мехатронные системы» (Москва, 21-25 марта 2005г.).Часть 1.: Изд-во Института механики МГУ, 2005г 82-96с.
  4. Платонов А.К.,. Сербенюк Н.С, Выявление с помощью ТВ-камеры препятствий движению робота. // Препринт ИПМ им М.В.Келдыша РАН №71 за 2004г
  5. Сербенюк Н.С. Вейвлет-преобразование для конического сенсора // Доклады научной школы-конференции «Мобильные роботы и мехатронные системы» (Москва, 2-3 декабря 2002г.).-М.: Изд-во Института механики МГУ, 2002г 38-49с.
  6. Сербенюк Н. С. Система звукового объяснения мобильного робота Трикол // Доклады научной школы-конференции «Мобильные роботы и мехатронные системы» (Москва, 2-3 декабря 2002г.).-М.: Изд-во Института механики МГУ, 2002г 50-55с.
  7. Сербенюк Н.С. Система дистанционного управления робота Трикол с использованием радиоканала связи IEEE-802.11b. // Доклады научной школы-конференции «Мобильные роботы и мехатронные системы» (Москва, 17-18 ноября 2003г.).-М.: Изд-во Института механики МГУ, 2003г 77-82с.
  8. Охоцимский Д.Е., Платонов А.К., Сербенюк Н.С., Ярошевский B.C. Согласование колес робота «Трикол» при «вальсирующем» движении // Доклады научной школы-конференции «Мобильные роботы и мехатронные системы» (Москва, 21-25 марта 2005г.) Часть 2. Изд-во Института механики МГУ, 2005г 14-21с.
  9. Сербенюк Н.С., Соколов С.М.. Алгоритмы повышения чувствительности конического зрительного сенсора в условиях внешних помех. // Доклады научной школы-конференции «Мобильные роботы и мехатронные системы» (Москва, 3-4 декабря 2001г.). – М.: Изд-во Института механики МГУ, 2001г 54-59с.
  10. Сербенюк Н.С., Экспериментальное исследование свойств конического сенсора. Мобильные роботы и мехатронные системы: Материалы научной школы-конференции (Москва, 5-6 декабря 2000г.).
    Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»