Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМИ РОБОТАМИ 8
1.1. Назначение и область применения интеллектуальных мобильных робототехнических систем 8
1.2.Примеры интеллектуальных мобильных роботов 10
1.3.Структура и особенности построения интеллектуальных систем управления мобильными роботами 31
1 АПостановка задачи 39
1.5.Выводы 40
2. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ С ВИЗУАЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 41
2.1.Структура и назначение основных элементов информационно- измерительной системы интеллектуальных мобильных роботов 41
2.2.Разработка алгоритма цифровой коррекции аберрации объекта телекамеры 50
2.3.Разработка алгоритмов оценки расстояния до препятствий и формирования локальной карты местности на основе «принципа ровного пола» 53
2.4.Разработка алгоритмов визуальной обратной связи 60
2.5.Разработка системы распознавания образов среды для интеллектуальных мобильных роботов 71
2.6.Разработка алгоритмов системы обобщения сенсорной информации 84
2.7.Выводы 2-й главы 91
3. АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ 93
3.1. Организация нечеткого логического вывода в задачах интеллектуального управления 93
3.2.Синтез алгоритма управления движением интеллектуальных мобильных роботов на основе фаззификации локальной карты местности 97
3.3.Синтез алгоритма управления движением интеллектуальных мобильных роботов на основе технологии нечеткой логики с помощью определения опасности направлений перемещения 105
ЗАОрганизация двухуровневой системы управления движением интеллектуального мобильного робота на примере беспилотного летательного аппарата 111
3.5.Разработка алгоритмов автоматической посадки БЛА с применением технологии нечеткой логики 119
З.б.Выводы 3-й главы 131
4. АЛГОРИТМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ РОБОТА НА ОСНОВЕ КОМАНД ОПЕРАТОРА 132
4.1.Назначение, решаемые задачи и требования к системе управления поведением 132
4.2.Разработка системы планирования поведения на основе команд оператора с использованием фреймообразных структур 134
4.3.Пример настройки базы знаний системы управления поведением интеллектуального мобильного робота на основе команд оператора 146
4.4.Выводы 4-й главы 156
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ МОБИЛЬНЫМИ РОБОТАМИ 158
5.1. Аппаратно-программные средства для проведения экспериментальных исследований 158
5.2.Экспериментальные исследования разработанных алгоритмов визуального очувствления 169
5.3.Экспериментальные исследования разработанных алгоритмов управления движением ИМР 181
5.4.Экспериментальные исследования разработанных алгоритмов управления поведением интеллектуального мобильного робота... 194
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 201
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 204
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИМЕРЫ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ СЛЕДСТВИЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕДЕНИЕМ 214
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 216
Введение к работе
Развитие современной робототехники начинает стремительно охватывать принципиально новые прикладные области, связанные с проведением работ в неопределенных и экстремальных условиях - от космических и глубоководных исследований, обслуживания атомных станций, ликвидации последствий техногенных аварий и катастроф, борьбы с терроризмом и использования в интересах вооруженных сил, полицейских и других спецподразделений, до выполнения сложнейших медицинских операций, автоматизации коммунально-хозяйственной сферы, организации быта и досуга. Значительным толчком к созданию дистанционно-управляемых и автономных роботов стали чернобыльская авария (1986 г.) и авария на подводной лодке «Курск» (2000 г.), террористические акты в Чечне и ряде городов России. Кроме того, выполнение поисково-спасательных работ, решение задач мониторинга окружающей среды, оперативного контроля аварийных ситуаций на нефте-и газо- проводах, линиях электропередач и других объектах большой протяженности вызывают значительный интерес к созданию беспилотных малогабаритных летательных аппаратов с дистанционным и автономным управлением.
Необходимость создания автоматических систем, способных обеспечить выполнение требуемых функций в неполнозаданной (или неопределенной) среде, вызвала резкую активизацию поисковых исследований по прикладному использованию методов и технологий искусственного интеллекта в задачах робототехники вообще, и при создании систем управления автономных мобильных роботов и беспилотных летательных аппаратов, в частности.
В настоящее время достаточно широкое распространение получили дистанционно-управляемые мобильные роботы, используемые войсками МЧС. Ключевые проблемы применения дистанционно-управляемых мобильных роботов связаны с ненадежностью и узкой полосой пропускания каналов связи, а также сложностью работы оператора, осуществляющего контроль и управление объектом только по показаниям измерительных приборов.
Поэтому возникает потребность создания автономных мобильных роботов, способных обеспечить выполнение поставленной задачи на основе макрокоманд оператора без использования терминального управления.
Высокая степень автономности определяет необходимость адаптации роботов к динамически изменяемой среде функционирования. Такие роботы должны самостоятельно принимать решения в сложной и заранее неопределенной обстановке. Поэтому автономные роботы должны обладать интеллектуальной системой управления.
Цель данной диссертационной работы заключается в разработке принципов построения, а также алгоритмического и программного обеспечения интеллектуальной системы управления мобильного робота, действующего в неопределенных условиях.
Научная новизна диссертационной работы связана с разработкой принципов построения, алгоритмического и программного обеспечения для управления автономными мобильными роботами в режиме реального времени с учетом ограничений на измерительные и вычислительные ресурсы бортовых средств:
- программно-алгоритмических средств обработки изображений с бортовой телекамеры для построения локальной карты местности с указанием дальности до обнаруженных объектов и их типа в целях автоматического формирования последовательности действий робота в условиях априорной неопределенности среды функционирования;
- программно-алгоритмических средств визуальной обратной связи для определения азимутальных координат робота в целях обеспечения режимов обхода препятствий;
принципов построения и программно-алгоритмического обеспечения системы управления целенаправленным движением мобильного робота в среде с препятствиями на основе применения технологии нечеткой логики;
принципов построения и программно-алгоритмического обеспечения системы ввода и смысловой обработки естественно-языковых команд оператора с автоматическим формированием управляющей последовательности действий робота на основе применения технологии фреймообразных структур.
Практическая ценность диссертационной работы связана с разработкой программного обеспечения для интеллектуальных систем управления автономными мобильными роботами, а также для моделирования режимов автономного полета и посадки малогабаритных беспилотных летательных аппаратов. Полученные результаты были апробированы на примере экспериментального образца автономного мобильного мини-робота с интеллектуальной системой управления, обеспечивающей выполнение широкого набора целесообразных действий на основе обработки естественно-языковых команд оператора:
- автоматический выход в заданную точку в априорно-неизвестной среде с препятствиями;
- автоматический поиск и распознавание заданных объектов рабочей сцены;
- автоматическое формирование и выполнение сценариев поведения по реализации сложных технологических операций.
