Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов управления мехатронными комплексами 7
1.1 Классификация мехатронных комплексов 7
1.2 Обзор методов управления мобильными роботами 15
1.3 Обзор методов мультиагентного согласованного управления 24
1.4 Обзор систем дистанционного управления 34
1.5 Выводы по главе 40
Глава 2. Управление в условиях параметрических, функциональных и структурных неопределенностей 41
2.1 Постановка задачи 41
2.2 Управление нелинейным параметрически и функционально неопределенным объектом с возмущением 42
2.2.1 Постановка задачи 42
2.2.2 Закон управления 45
2.2.3 Адаптивный закон управления 54
2.2.4 Численное моделирование алгоритма управления 56
2.3 Управление линейным параметрически неопределенным объектом с неизвестной относительной степенью 67
2.3.1 Постановка задачи 67
2.3.2 Закон управления 69
2.3.3 Модифицированный закон управления 76
2.3.4 Численное моделирование 78
2.4 Выводы по главе 82
Глава 3. Алгоритмы управления движением мобильного робота 83
3.1 Постановка задачи управления движением мобильного робота в
условиях параметрической и структурной неопределенностей 83
3.2 Система управления движением мобильного робота 85
3.3 Экспериментальная апробация 94
3.3.1 Слежение за объектом 94
3.3.2 Движение вдоль неизвестной траектории 96
3.3.3 Слежение за объектом балансирующим роботом 98
3.4 Выводы по главе 104
Глава 4. Дистанционное управление движением мобильного робота через глобальную сеть Интернет 105
4.1 Постановка задачи 105
4.2 Архитектура системы дистанционного управления 106
4.2.1 Постановка задачи 106
4.2.2 Разработка архитектуры системы 107
4.3 Система технического зрения в архитектуре системы дистанционного управления 109
4.3.1 Постановка задачи 109
4.3.3 Система технического зрения 110
4.4 Система управления движением мобильного робота 116
4.4.1 Постановка задачи 116
4.4.2 Система управления движением мобильного робота 116
4.5 Выводы по главе 120
Заключение 121
Список используемой литературы 123
- Обзор методов мультиагентного согласованного управления
- Управление нелинейным параметрически и функционально неопределенным объектом с возмущением
- Система управления движением мобильного робота
- Система технического зрения в архитектуре системы дистанционного управления
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие современной техники все больше указывает на тесную интеграцию аппаратных и программных частей устройств, которая выливается в интегральные мехатронные системы (Изерманн). Крупным классом мехатронных комплексов являются мобильные робототехнические системы. Подобные роботы могут иметь различные конструкции, но основными являются колесные, гусеничные и шагающие. Анализ современных достижений в области роботостроения позволяет сделать вывод о том, что у мобильных роботов основные сложности возникают в первую очередь с системами управления, с «интеллектом», а уже потом с механизмами или частями конструкции. Главным образом это связано с тем, что для многих современных робототехнических объектов сложно построить адекватную математическую модель из-за отсутствия необходимых предварительных данных, либо из-за непредсказуемого изменения объекта в процессе его жизни (Мирошник, Никифоров, Фрадков). Число подобного рода объектов управления сегодня быстро увеличивается в связи с развитием механики, сенсорных устройств, микропроцессоров, тем самым увеличивая количество неопределенностей в задачах управления. Неопределенности могут иметь различную природу и вызываться неточным заданием математической модели объекта управления, характеристиками среды функционирования или целевого условия. Параметрическая неопределенность объекта управления подразумевает отсутствие известных значений основных характеристик объекта либо зависимость свойств объекта от неизвестных параметров. Математическая модель также порождает структурную неопределенность, когда, например, одна и та же система может описываться дифференциальными уравнениями, как второго порядка, так и пятого. Например, в электроприводах, зачастую, при синтезе регулятора пренебрегают динамикой быстрых процессов, свойственных объекту ввиду наличия различных электронных компонентов, люфтов и т.д.
Значительное влияние на поведение реальных систем управления оказывает среда функционирования с возмущающими воздействиями. В подавляющем большинстве практических случаев точная форма или характер поведения внешних воздействий остается неизвестным вплоть до начала работы системы управления. Для современных систем, построенных на базе цифровых контроллеров, компьютерная обработка алгоритмов управления, как правило, приводит к появлению запаздывания (Ричард). Наличие неучтенного запаздывания негативно отражается на устойчивости и качестве системы управления.
Большой интерес для исследователей представляют задачи пространственного движения (Бурдаков, Мирошник, Стельмаков), характеризующиеся неопределенностью цели, в которых эталонная траектория задана неточно или ее аналитическое описание априорно неизвестно, а для формирования управления используются только текущие измерения отклонений от траектории.
В современной теории автоматического управления особое внимание уделяется методам адаптивного и робастного управления по выходу (Баркана, Бобцов, Морс, Никифоров, Фуртат, Цыкунов). Мотивация данных научных исследований обусловлена тем, что управление по выходу позволяет уменьшить затраты на проектирование и разработку различных датчиков, которые в свою очередь, увеличивают размерность математической модели системы и вносят дополнительные погрешности, связанные с ошибками измерений.
Быстрое внедрение телекоммуникационных технологий и микропроцессорной техники в повседневную жизнь дало сильный толчок развитию «облачных» технологий, позволяющих конечным пользователям иметь повсеместный доступ к различным вычислительным ресурсам (серверам, приложениям, сервисам). Набирающей в последнее время все большую популярность является идея дистанционного управление удаленными от пользователя различными техническими объектами через глобальную сеть Интернет (Ортега, Хилл, Андриевский, Матвеев, Фрадков, Граничин и др.).
Диссертационная работа посвящена развитию методов адаптивного управления по выходу мобильными роботами в условиях рассмотренных неопределенностей и также с использованием канала связи глобальной сети Интернет, что, в свою очередь, обуславливает актуальность данного исследования.
Цели диссертационной работы. Целью диссертационной работы является разработка новых методов адаптивного управления функционально и структурно неопределенными динамическими объектами с последующим применением полученных методов в системах управления мобильными роботами, как с применением классических каналов связи, так и с использованием глобальной сети Интернет.
Методы исследований. При получении теоретических результатов использовались метод функций Ляпунова, методы теории обыкновенных дифференциальных уравнений, теории динамических систем и системного анализа, линейной алгебры, численных методов, методы инженерии программного обеспечения.
Численное моделирование проводилось с использованием пакета прикладных программ Matlab Simulink. Для получения экспериментальных результатов использовались мобильные роботы на базе Lego Mindstorms NXT и Parallax Boe-Bot. Система дистанционного управления разработана на языке node.js на основе библиотек socket.io, serialport и paparazzo. В качестве устройств для построения системы технического зрения в задаче дистанционного управления использовались видеокамеры EasyN F-M161, Wanscam JW0004, Foscam FI8907W, Tenvis IPROBOT 2 и Trek Ai-Ball.
Научная новизна. В рамках данной работы получен новый закон адаптивного управления по выходу линейным параметрически неопределенным объектом с неизвестной относительной степенью. Впервые было доказано, что применение адаптивного регулятора, используемого для стабилизации линейного параметрически неопределенного объекта с неизвестной
относительной степенью, обеспечивает экспоненциальную устойчивость замкнутой нелинейной системы с неизвестными секторными нелинейностями. Разработана комплексная универсальная система дистанционного управления мехатронными объектами через глобальную сеть Интернет.
Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в потенциальной возможности использования полученных теоретических методов адаптивного управления для различных систем, функционирующих в условиях параметрической, функциональной и структурной неопределенностей. Полученные методы могут быть полезны при проектировании алгоритмов управления мобильными робототехническими устройствами такими, как колесные и гусеничные роботы. Разработанная универсальная система дистанционного управления мобильными роботами через Интернет может быть применена для большого класса технических проектов, в которых актуальна проблема использования канала связи, реализуемого с использованием глобальной сети Интернет.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
-
Методы адаптивного управления по выходу линейным параметрически неопределенным объектом с неизвестной относительной степенью и нелинейным параметрически и функционально неопределенным объектом с известной относительной степенью.
-
Алгоритмы управления движением мобильного робота.
-
Система дистанционного управления мобильным роботом через глобальную сеть Интернет.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях:
– 18th IFAC World Congress, Milan, Italy, 2011.
– IEEE International Conference on Control Applications, Denver, USA, 2011.
– 9th IFAC Symposium Advances in Control Education, Nizhny Novgorod, Russia, 2012.
– IFAC Conference on Manufacturing Modelling, Management and Control, Saint-Petersburg, Russia, 2013.
Результаты работы использованы при выполнении следующих НИОКР:
госзадание 2014/190 «Развитие методов адаптивного и робастного управления
сложными нелинейными системами с применением к мехатронным и
робототехническим приложениям», программа повышения
конкурентоспособности НИУ ИТМО (субсидия 074-U01), 220 Постановление Правительства Российской Федерации, проект номер 14Z50.31.0031 «Робастные и адаптивные системы управления, коммуникации и вычисления», гранте Российского фонда фундаментальных исследований № 09-08-00139, а также в
конкурсе У.М.Н.И.К. «Разработка двухколесной мобильной системы с интеллектуальной системой управления».
Полученные в ходе научно-исследовательской работы алгоритмы управления были успешно апробированы на мобильных робототехнических комплексах на базе Lego Mindstorms NXT и Parallax Boe-Bot.
Публикации. Автор диссертационной работы имеет 9 публикаций, 8 из которых напечатаны в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК, 4 статьи размещены в международных базах данных Web of Science и Scopus.
Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве. В работе [1] соискателем предложена модификация закона управления для класса объектов с неизвестной относительной степенью. В статьях [2], [3], [5] соискателем приведен синтез алгоритмов управления движением мобильного робота вдоль неизвестной траектории и слежения за подвижным объектом, а также результаты экспериментальной апробации на реальных объектах. В работах [4] и [6] доказана экспоненциальная устойчивость замкнутой системы для нелинейного возмущенного объекта. В [7] автором разработана универсальная система дистанционного управления мобильными роботами через глобальную сеть Интернет. В статье [8] соискателем архитектура дистанционного управления дополнена системой технического зрения. В работе [9] автором предложено использование алгоритма управления из [2], [3], [5] в задаче слежения за объектом двухколесным балансирующим роботом.
Объем и структура работы. Диссертационная работа объемом 130 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.
Обзор методов мультиагентного согласованного управления
Из приведенной классификации видно, что в транспортной сфере активно используются макромехатронные комплексы, в частности в автомобильной области, которые в своей совокупности облегчают управление автомобилем и повышают безопасность во время движения. Современный потребитель готов оплачивать использование новых технологий, если они для него существенно улучшат комфорт и безопасность.
Высокая манипулятивность современных мехатронных комплексов, их приспособляемость к внешней среде и относительная автономность весьма привлекательны для целого ряда областей применения – автоматизированного производства, космических и подводных исследований, медицины, домашнего хозяйства и т. п.
Очевидно, что широкое применение в производстве и промышленности нашли манипуляционные мехатронные комплексы, позволившие реализовать конвейерное производство без использования человеческих ресурсов, либо сводя их к минимуму. Дальнейшее роботизирование таких систем приводит к универсализации и автоматизации производственных процессов, уменьшая в них роль человека и, как следствие, возможность возникновения сбоев из-за «человеческого фактора». Для конечного потребителя такой процесс интеграции техники в процесс производства выливается в снижение стоимости продукта и в повышение его качества. Процесс повышения роботизированности системы увеличивает манипулятивность и функциональную гибкость механизма робота, что обеспечивается, прежде всего, благодаря дополнительным звеньям его кинематической цепи. Многозвенные стационарные и подвижные манипуляторы, обладающие большим числом степеней свободы, кинематически избыточны, что является необходимым условием для выполнения задач в сложном окружении, например, прецизионного выполнения движений вдоль сложных криволинейных контуров и поверхностей, поддержания компактной конфигурации кинематической цепи и требуемого положения рабочего органа. Однако задачи организации пространственного движения многозвенных (избыточных) роботов вызывают известные трудности управления, связанные с повышением сложности модели объекта и выполняемого задания.
Интересными и сложными мехатронными объектами являются устройства различных нетривиальных конструкций. В соответствии с приведенной классификацией можно выделить группу так называемых маятниковых объектов, позволяющих решать сложные задачи в области управления. В большинстве своем данные объекты представляют неполноприводные (underactuated) системы, у которых число степеней свободы больше количества приводов. Такие комплексы позволяют реализовать в управлении наиболее сильное приближение к реальным объектам управления, в которых не всегда и не везде имеется возможность установки привода либо датчика. Неполноприводные системы являются энергетически выгодными ввиду меньшего числа потребителей энергии и, как следствие, уменьшаются массогабаритные показатели, а в мобильных системах – повышается интегральная подвижность комплекса. Маятник Фуруты, Pendu-Bot и Acro-Bot носят исследовательский характер и позволяют производить реализацию алгоритмов управления неполноприводными системами. Подобные системы служат наглядным примером реальности организации нетривиальных конструкций в лабораторных условиях. Системы конструкций Ball-Bot и Segway имеют реальные промышленные образцы и коммерческие продукты.
Ball-Bot представляет мехатронную систему, балансирующую на шаре. Из-за такого подвижного основания реализуется возможность движения в любом направлении с места без каких-либо дополнительных движений и накладываемых ограничений. Такая конструкция может быть использована в труднодоступных узких складских помещениях, либо библиотеках для автоматического поиска, извлечения и доставки необходимого объекта. Возможно использование в качестве помощника для переноса тяжестей – погрузив сверху на одно или несколько таких устройств груз, человек, направляя систему, может довести ее к желаемой точке. Подобный мехатронный комплекс описывается математикой перевернутого маятника для двух плоскостей.
Наибольшее распространение в бытовом использовании получила маятниковая конструкция типа Segway, представляющая двухколесную балансирующую платформу. Скутер Segway использует полиция нескольких европейских государств для патрулирования улиц, а также используется в качестве индивидуального транспортного средства туристов для осмотра достопримечательностей в исторических центрах. Подобная конструкция проще в реализации управления, т.к. математическая модель, в отличии от Ball-Bot, описывается математикой перевернутого маятника только для одной плоскости. При сохранении количества приводов (как в Ball-Bot, так и в Segway используются два независимых привода) сохраняется достаточная мобильность мехатронного комплекса для выполнения различных задач.
Управление нелинейным параметрически и функционально неопределенным объектом с возмущением
Все приведенные в кратком обзоре работы затрагивают весьма актуальную и перспективную тематику управления в условиях канальных ограничений. Статьи показывают, что как прикладные задачи, так и методы их решения очень различаются. Рассмотренные статьи не затрагивают одной очень важной задачи – визуального контроля удаленного объекта управления. Поэтому далее приведен краткий обзор существующих систем технического зрения в задачах дистанционного управления техническими объектами [24].
В работе [25] представлен проект мобильного робота, управляемого конечным пользователем через Интернет, где в качестве сервера используется сам робот, подключенный к глобальной сети через Wi-Fi. Экспериментальные данные показали, что задержка по видеовещанию в формате MJPEG составляет в среднем 670 мс при условии, что вычислительная машина пользователя обладает достаточной вычислительной мощностью.
Работа [26] посвящена оптимизации видеопотока к пропускной способности канала связи. Для этого представлен механизм, позволяющий серверу при получении информации от пользователя о задержке или потере пакетов уменьшать разрешение видеопотока, чтобы оно было постоянно доступно в реальном времени.
Авторы публикации [27] решают проблему синхронизации для конечного пользователя видеоизображения и звука при видеовещании в различных форматах в режиме реального времени. Для защиты видеопотока в формате MJPEG представлен алгоритм кодирования в [28].
В [29] рассмотрена система видеонаблюдения, позволяющая конечным пользователям расставлять приоритеты в настройке каналов вещания в зависимости от содержания, что приводит к удовлетворительным временным показателям в условиях низкой пропускной способности беспроводных сетей. Краткий обзор исследований по данной тематике показал, что существует блок работ, посвященных как целиком данной тематике (управление через Интернет), так и различным вариантам оптимизации видеопотока для поддержки вещания в реальном времени с ухудшением качества изображения.
В первой главе диссертационной работы рассмотрена классификация мехатронных комплексов. Выделены основные направления их развития, свойственные проблемы. Отмечены актуальные и перспективные направления и задачи управления такими системами. Рассмотрен подход синтеза системы управления для мобильного робота. Проанализирован метод управления, базирующийся на двух координатах – отклонении и кривизне траектории. Приведена схема управления колесными мобильными роботами.
Рассмотрена задача сетевого согласованного управления несколькими роботами (мультиагентного управления). Показана актуальность данного направления в связи с тем, что такой подход позволяет реализовать согласованное управление группой объектов в условиях запаздывания, что, в свою очередь, может быть использовано при дистанционном управлении.
Проведен обзор современных научно-технических решений в области дистанционного управления техническими объектами через глобальную сеть Интернет. Выявлено, что не существует какой-либо готовой системы управления, затрагивающей как теоретическую, так и аппаратную составляющие, предлагаемой к внедрению в технические объекты для реализации дистанционного управления этим объектом через Интернет. Произведен краткий обзор систем ретрансляции видеоизображения конечному пользователю в режиме реального времени с использованием канала связи Интернет. Глава 2. Управление в условиях параметрических, функциональных и структурных неопределенностей
Данная глава посвящена решению задачи управления в условиях параметрических, функциональных и структурных неопределенностей. Как правило математическая модель объекта управления является приближенной и не всегда точно описывает реальный объект. Пренебрежение малоинерционными звеньями позволяет упростить модель объекта и, тем самым, упростить и процесс синтеза регулятора. Однако подобного рода допущения могут негативно сказаться на устойчивости объекта при изменении какого-то отдельного технического параметра, связанного, например, с «дрейфом нуля», зоной нечувствительности, и т.д. Управление в условиях структурных неопределенностей является актуальной задачей, решение которой повышает робастность алгоритма управления и общую надежность системы [30].
Вторым важным аспектом, рассматриваемым в данной главе, является управление объектом с неизвестными параметрами. В большинстве инженерно-технических задач параметры объекта управления полагаются неизвестными. Для их определения, как правило, идентификация параметров объекта, что, в конечном счете, повышает время и стоимость разработки системы, а также увеличивает размерность алгоритма управления.
В данной главе требуется синтезировать метод адаптивного управления по выходу в условиях параметрической, функциональной и структурной неопределенностей и запаздывания.
Система управления движением мобильного робота
В предыдущей главе были рассмотрены задачи управления в условиях параметрической и структурной неопределенностей. Данная глава посвящена использованию полученных ранее результатов в прикладных задачах управления. В главе используется решение задачи неопределенности цели, в которой в отличие от детерминированных задач пространственного движения с наперед заданной известной желаемой траекторией, эталонная траектория движения задана неточно или ее аналитическое описание априорно неизвестно. Для формирования сигнала управления используются текущие измерения отклонений от траектории, что соответствует движению некоторого кинематического механизма (мобильного робота) вдоль «физически заданного» контура, определяемого при помощи датчиков. Параметры объекта управления будем полагать неизвестными и использовать упрощенную модель объекта управления. Такое допущение отражает наличие в системе параметрической и структурной неопределенностей.
Целью является синтез закона управления мобильными роботами в задачах слежения за объектом и следования вдоль неизвестной траектории. Полученный закон управления необходимо экспериментально апробировать на реальных робототехнических макетах.
Управление роботом по неизвестной траектории может быть рассмотрено на примере задачи следования вдоль неизвестного препятствия, например, стены, на заданном расстоянии r от него. Для ее реализации робот должен быть оснащен измерителем расстояния, например, ультразвуковым датчиком, что схематично изображено на рис. 3.1 [83]-[85]. Рис. 3.1 – Движение вдоль стены на заданном расстоянии.
В данном случае движение по неизвестной траектории представляет собой решение задачи слежения, также справедливо именуемой сопровождением объекта. Например, на рис. 3.2 схематично изображено сопровождение летательного аппарата.
На рис. 3.3 показан частный случай задачи слежения, в котором гусеничный мобильный робот поддерживает заданное расстояние между объектом слежения и ультразвуковым датчиком, где h(t) – текущая координата робота, g(t) – текущая координата объекта, r – желаемое расстояние до объекта и r(t) – фактическое расстояние до объекта.
Сопровождение объекта на заданном расстоянии. 3.2 Система управления движением мобильного робота
На основании подхода, представленного в постановке задачи, возможна реализация следования вдоль неизвестной траектории. Таким образом, в настоящем разделе будет решаться задача слежения. Рассмотрим упрощенную математическая модель объекта, представленную на рис. 3.4.
Требуется найти такое управление u(t), что ошибка e(t) со временем будет меньше некоторого малого числа s, причем параметры объекта управления (постоянная времени Ти коэффициент усиления к) неизвестны.
После преобразований (3.1) - (3.6) получим структуру модели объекта управления, связывающую координаты объекта робота и объекта слежения с заданным желаемым расстоянием, представленную на рис. 3.6. Т.к. модель движения робота грубо описана апериодическим звеном первого порядка и интегратором, то в структуре системы появляется дополнительный блок «неизвестная динамика», описывающий все неучтенные компоненты.
Структура модели объекта управления. На рис. 3.6 введены следующие обозначения: h(t) – текущая координата робота, h – такая координата робота, что расстояние до объекта равно r , g(t) – текущая координата объекта, r – желаемое расстояние до объекта и r(t) – измеряемое расстояние до объекта. Рассмотрим следующий объект управления в виде вход-состояние-выход, демонстрирующий возможные неопределенности, свойственные рассматриваемым объектам: x(t) = Ax(t) + В u(t) + Df(t) + Lw(t), [y(t) = Cx(t), где xeR" - вектор переменных состояния, A, B, C, D и L - матрицы с неизвестными коэффициентами, y(t) - измеряемая выходная переменная, нелинейная функция w{t) = (y(t-x)) такая, что \ $ {y{t-x% C0\y{t-x\ всех yyt-x), где х 0 - величина неизвестного постоянного запаздывания, С0 - неизвестно, у(з) = ф(з) для V$G[,0]. Структура такого объекта представлена на рис. 3.7.
Для управления подобными сложными объектами (3.7) воспользуемся законом управления (2.10) - (2.12), который был подробно рассмотрен в Главе 2 диссертационной работы.
Основным достоинством является управление по выходу, что допускает незнание вектора состояния и параметров системы, а также точной относительной степени объекта управления и при использовании требует от разработчика только задания верхней и нижней границ возможной относительной степени. Данный регулятор представлен в (3.8). Закон управления: где 0,у 0 иа , а коэффициенты kt рассчитываются из требований, что система (3.8) является асимптотически устойчивости при нулевом входе y(t). Соответственно их удобно рассчитывать из стандартных полиномов Ньютона или Баттерворта. Оптимальный порядок закона управления определяется относительной степенью системы р = п-т и равен р -1. Структурная схема закона управления представлена на рис. 3.8 [82].
Вычисленное значение сигнала управления подается на сервоприводы робота в соответствии со знаком. В случае достижения целевого условия (3.1), т.е. когда управление, вырабатываемое последовательным компенсатором, меньше малого значения s на оба сервопривода подается максимальное задающее воздействие.
В Листинге 3.2 приведен фрагмент приведен кода программной реализации на языке Java адаптивной версии регулятора в мобильном роботе Lego Mindstorms NXT, поддерживающего расстояние до объекта слежения в 20 см.
Система технического зрения в архитектуре системы дистанционного управления
Основой архитектуры является Сервер, к которому подключены через интерфейсы «последней мили» удаленные робототехнические объекты управления. На рис. 4.1 в качестве таких интерфейсов представлены USB-модули спецификаций IEEE 802.15.1 Bluetooth и IEEE 802.15.4 ZigBee, к которым подключены два робота Lego Mindstorms (Робот 1 и Робот 3) и два 107 робота Parallax Boe-Bot (Робот 2 и Робот 4) соответственно. Сервер подключен по локальной сети Ethernet к маршрутизатору, имеющему доступ к каналу связи глобальной сети Интернет.
Обмен телеметрической информацией между конечными пользователями (Пользовательские ПК 1, 2, i, n) и техническими объектами (Роботы 1–4) выполняет серверное программное обеспечение, написанное на Node.js. Для минимизации временных задержек используется современная технология web-сокетов (библиотека Socket.IO для Node.js), позволяющая постоянно держать открытым соединение между пользователем и сервером. Для взаимодействия технического объекта с сервером, а, соответственно, и с пользователем, используется библиотека serialport для Node.js. Таким образом, работа реализуется через стандартный последовательный порт, что позволяет подключать к Серверу большое количество различных технических объектов. При апробации рассмотренной архитектуры на мобильных роботах Lego Mindstorms NXT и Parallax Boe-Bot задержки по управлению находились в пределах 20–50 мс.
Для выполнения второго этапа в приведенной архитектуре вещание видеопотока с объектов управления реализовано через использование логически и электронно-независимых от объектов управления, но закрепленных на них механически мобильных Wi-Fi IP-видеокамер, подключенных к маршрутизатору по стандарту IEEE 802.11g. В зависимости от задачи может потребоваться организация видеовещания со стороны. В таком случае целесообразно использовать статичные IP-камеры (Камера 2 на рис. 1) или IP PTZ-камеры (Камера 1). Более подробно данный этап рассмотрен в следующем разделе четвертой главы.
Разработанная архитектура системы дистанционного управления удаленными техническими объектами через глобальную сеть Интернет является универсальной, т.к. работа серверного программного обеспечения производится с последовательным портом и зависит только от управляющей программы технического объекта («прошивки») и набора команд серверного программного обеспечения, определяемых разработчиком, внедряющим систему.
Для минимизации запаздывания предложенная система управления поддерживает постоянное устойчивое соединение между конечным пользователем или задающим устройством и объектом, сводя к минимуму операции по обмену телеметрической информации (не требуется отсылка дополнительных заголовков, открытие/закрытие портов, и т.п.).
Предложенная архитектура успешно апробирована на мобильных роботах Parallax Boe-Bot и LegoMindstorms NXT. Приведенные экспериментальные данные временных задержек демонстрируют эффективность разработанной архитектуры.
В случае необходимости внедрения данной системы дистанционного управления в каком-либо существующем техническом объекте, имеющим интерфейс для подключения персонального компьютера, архитектура не потребует каких-либо модификаций этого объекта; она может быть внедрена в сжатые сроки при минимальных финансовых затратах. Все вычисления происходят на Сервере, таким образом, максимально разгружается канал связи и уменьшаются требования к вычислительным мощностям, доступным задающему устройству и объекту управления.
Полученные результаты, представленные в данном разделе, опубликованы в [13].
Постановка задачи Второй задачей является разработка системы технического зрения для контроля положения объекта управления в пространстве. Данная тематика была частично затронута в предыдущем разделе, т.к. она неразрывно связана с общей архитектурой, но, тем не менее, является обособленной системой, которую необходимо рассмотреть отдельно [24].
В широком смысле под термином «техническое зрение» понимается совокупность технических приспособлений и устройств, а также программных продуктов, позволяющих аппаратному устройству (в частности, вычислительной машине) либо конечному пользователю адекватно воспринимать и интерпретировать окружающую действительность. Наиболее распространенными датчиками технического зрения являются лазерные, ультразвуковые и инфракрасные дальномеры, видеокамеры и стереокамеры [90]. Одним из перспективных направлений является использование тактильных измерительных устройств, позволяющих наиболее точно и адекватно интерпретировать окружающую среду по сравнению с бесконтактными устройствами.
В данном разделе диссертационной работы рассматривается система технического зрения мобильных роботов в задачах дистанционного управления через глобальную сеть Интернет. Основным датчиком, благодаря которому пользователь сможет однозначно интерпретировать окружающее робота пространство, является видеокамера. Соответственно целью данного разделы является разработка системы вещания видеопотока через Интернет от удаленного технического объекта конечному пользователю в режиме реального времени.
![Управление муниципальным амбулаторно-поликлиническим комплексом на основе медико-экономического мониторинга [Электронный ресурс]](/i/i/4258/168198.png "Управление муниципальным амбулаторно-поликлиническим комплексом на основе медико-экономического мониторинга [Электронный ресурс] Бредихин Сергей Викторович")
