Структура системы управления роботом для навигации

Система управления мобильным роботом должна решать следующие задачи:

а) обработка сенсорных данных (в т.ч. данных от интерфейса с оператором) с целью сбора информации о роботе и внешней среде вокруг него;

б) планирование мероприятий по уяснению целевого задания и планирование последовательности подзадач, необходимых для выполнения этого задания;

в) формирование таких программных траекторий движения МР, которые бы приводили к выполнению роботом локальной подзадачи (например, прибытие к целевой точке в среде с препятствиями);

г) формирование таких задающих воздействий на исполнительные механизмы робота, которые бы приводили к максимально точному и быстрому выполнению ими программной траектории движения.

Одной из особенностей построения системы управления интеллектуального мобильного робота является то, что она строится по иерархическому многоуровневому принципу, согласно которому с повышением иерархического ранга подсистемы повышается ее степень интеллектуальности (рисунок 4.1). Самым верхним звеном этой иерархии является система управления поведением, далее следует система управления движением, а система управления исполнительными механизмами является самым низшим звеном этой иерархии. Кроме перечисленных подсистем в структуре имеется информационно-измерительная система, которая также должна обладать некоторыми интеллектуальными возможностями, и интерфейс с оператором.

Рисунок 4.1 - Структура системы управления мобильного робота

Система управления поведением (стратегический уровень) предназначена для формирования целесообразного поведения робота для выполнения задачи, поставленной перед ним. На выходе эта система формирует целеуказание для системы управления движением: целевая точка пути, требуемое состояние приводов робота, команды управления режимами работы информационно-измерительной системы.

Система управления движением (тактический уровень) предназначена для планирования таких программных траекторий движения робота, которые бы приводили робота в указанное целевое состояние в среде с препятствиями, учитывая динамические характеристики робота. Целевое состояние для этой системы формирует система управления поведением. На выходе данная система формирует требуемое командное значение скоростей линейного движения и поворота робота.

Система управления исполнительными механизмами (приводной уровень системы управления) решает задачи управления исполнительными механизмами робота. Эта система реализует интерфейс с аппаратной частью робота (электрические и механические устройства, необходимые для работы робота).

Информационно-измерительная система предназначена для сбора, обработки и преобразования сенсорной информации в сигналы, удобные для использования в системе управления робота. Видеоизображение, полученное с телекамеры, преобразуется в набор параметров, на основе которых другие подсистемы принимают те или иные решения.

Данный робот может быть оснащен четырьмя цветными камерами, объединенными в одно целое в корпусах с двойными галогенными рефлекторами, что делает возможным работу при недостаточном освещении или в полной темноте.

Две камеры подвижные: одна помещена спереди передвижной платформы на сервомоторе, регулирующем угол наклона движущейся передней гусеницы. Благодаря этому поле зрения изменяется вместе с поднятием или опусканием передней гусеницы. Вторая направлена назад, помещена на вращающейся основе манипулятора. Поле зрения оператора изменяется вместе с вращением основы манипулятора. Манипуляционная камера помещена на захвате. Угол зрения камер 90°.

Основная камера помещена на верхнем плече манипулятора. Она установлена на вращающейся головке, позволяющей вращение камеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Камера оснащена объективом с переменным фокусом с возможностью автоматического регулирования диафрагмы, а также с возможностью ручного, дистанционного регулирования резкости и фокуса [12].

Интерфейс между оператором и передвижным роботом представляет собой экранное меню для демонстрирования изображения из камер и интерпретации данных, получаемых от датчиков, и переносной пульт управления, который разделен на следующие секции:

а) джойстик (с переключателем быстро/медленно, для управления скоростью передвижной платформы);

б) секция управления манипулятором: (по три переключателя для каждой степени свободы манипулятора: два-для управления направлением движения с постоянной скоростью движения, один - для включения поста с помощью джойстика);

в) джойстик для управления манипулятором с переключателем выбора камер;

г) управления вооружением (четыре переключателя для четырех независимых видов оружия или оснащения, защищены дополнительным переключателем, а также зажиганием) [4].

ВЫВОДЫ

Разработка интеллектуальных мобильных роботов (ИМР) для различных производственных и исследовательских целей является весьма важной и актуальной задачей.

В настоящее время выполнено огромное число исследований, связанных с разработкой алгоритмов управления, обеспечивающих решение с помощью мобильных роботов таких нетривиальных операций, как: составление карты местности, её уточнение, планирование траекторий, обход препятствий, выявляемых при движении, проникновение в труднодоступные зоны и т.д.

Дальнейшие исследования новых типов мобильных роботов стимулируется многочисленными приложениями в самых различных областях человеческой деятельности (автоматизация управления движением транспортных средств, борьба с терроризмом и разминирование подозрительных предметов, работа в условиях сильной задымленности во время пожаротушение, инспекция территорий, зараженных химическими веществами, самостоятельное патрулирование назначенных территорий и др.).

Для эффективного функционирования интеллектуальные роботы снабжены системой восприятия внешней среды, средствами анализа ситуаций и принятия решений и осуществляют планирование движения (в том числе и построение трассы).

В данной работе техническое задание было изучено и полностью решено.

На будущее планируется решение следующих вопросов:

а) экспериментальные исследования выбора маршрута;

б) поиск более эффективных алгоритмов достижения цели;

в) рассмотрение карты в трехмерном пространстве;

г) рассмотрение методов навигации МР, участвующих в гонках «Крепкий орешек».

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Гейтс, Б. Механическое будущее [Текст] / Б. Гейтс // Журн. «В мире науки». - 2007. - №7. - С. 37-43

2. Бобровский, С.Н. Навигация мобильных роботов [Текст] / С.Н. Гончаров// Журн. PC Week. - 2004. - №9. - С. 60-63

3. Управление роботами. Состояние и перспективы [Текст]: материалы ХХ общ. собрания академии навигации и управления движением, 26 октября 2005 г. С.-Петербург / редкол: П.К.Плотников (отв. ред.). - С.-Петербург: Электроприбор, 2008. - 20 с.

4. Палагин В.А. Техническое задание на перспективную разработку мобильного робота для использования в чрезвычайных ситуациях [Текст] / Разработка СКБ «Робототехника и мехаторника» ХНУРЕ - Харьков, 2008. - 18 с.

5. Инструментарии роботостроения [Электронный ресурс] / Колорадо,

M. Тим Джонс. - Режим доступа: www/ URL:http://developerworks/ ru/library/lrobotools/#author.html/ - 05.09.2008 г. - Загл. с экрана.

6. Баранов, Д.Н. Разработка интеллектуальной системы управления мобильными роботами на основе следящей системы технического зрения и нечеткой логики [Текст]: автореф. дис. кандидата техн. наук: 12.06.08 / Д.Н. Баранов; [Ун-т «СТАНКИН»]. - М., 2008. - 222с.

7. Навигация зрячего робота [Электронный ресурс] Режим доступа: www/ URL: http://cofelis.ru/?page_id=46&page=3.html/ - 17.09.2008 г. - Загл. с экрана.

8. Навигация мобильных роботов [Электронный ресурс] / Лондон, Имперский Колледж. - Режим доступа: www/ URL: http://computer-vision.ucoz.ru/MobRoboNavigati/mobile_robot_navigation.html/- 10.06.1997 г. – Загл. с экрана.

9. Мартыненко, Ю. Г.Управление движением мобильных колёсных роботов [Текст] / Ю.Г. Мартыненко - МГУ им. М.В. Ломоносова, 2005. - 29-80с.

10. Однородные управляющие структуры адаптивных роботов [Текст]: А.В. Каляев, Ю.В. Чернухин и др.; гл. ред. физ.-мат. лит. - М.: Наука, 1990. - 152 с.

11. Управление роботами от ЭВМ [Текст]: учеб. / Е. И. Юревич, С.И. Новаченко, В.А. Павлов и др.; под. ред. Е. И. Юревича - Л.: Энергия, 1980. - 264с.

12. Интеллектуальный мобильный робот [Электронный ресурс] / - Евстигнеев Д.В. - Режим доступа: www/ URL: http://robot-rad.narod.ru/index.html/ - 15.02.2008г. - Загл. с экрана.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Связь домашних роботов и персональных компьютеров