Система навигации мобильного робота - Программирование, компьютеры и кибернетика дипломная работа

История возникновения и развития современной робототехники, применение технологий искусственного интеллекта. Разработка структурной схемы системы навигации мобильного робота, коррекция траектории его движения, методы управления локальными перемещениями.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ЕДИНИЦ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
GPS - глобальная система позиционирования (Global Positioning System)
ИМР - интеллектуальный мобильный робот
МРИЧС - мобильный робот для использования в чрезвычайных ситуациях
САПР - система автоматизированого проектирования
ЧПУ - числовое программное управление
ЭВМ - электронно- вычислительная машина
Роботы - автоматические системы, предназначенные для воспроизведения двигательных и интеллектуальных функций человека. От традиционных автоматов отличаются большей универсальностью и способностью адаптации на выполнение различных задач, в том числе в изменяющейся обстановке.
В настоящее время робототехника превратилась в развитую отрасль промышленности: тысячи роботов работают на различных предприятиях мира, подводные манипуляторы стали непременной принадлежностью подводных исследовательских и спасательных аппаратов, изучение космоса опирается на широкое использование роботов с различным уровнем интеллекта. Особенное внимание уделяется автоматизации тяжелых, вредных, утомительных и монотонных работ в различных отраслях с помощью роботов-манипуляторов.
Однако сегодня у специалистов в области робототехники возникают примерно те же трудности, что и 30 лет назад у разработчиков ЭВМ. Из-за отсутствия общих стандартов и платформ создателям роботов приходится начинать разработку каждого нового творения практически с нуля.
Все же, несмотря на все сложности, те, кто занят в сфере робототехники, от профессоров до предпринимателей и студентов, полны энтузиазма, напоминающего о поре создания Microsoft, когда создатели искали пути развития новых технологий и мечтали, чтобы компьютеры были доступны каждому. И сегодня, анализируя тенденции развития робототехники, можно представить будущее, где роботы станут незаменимыми помощниками людей в их повседневной жизни. Возможно, человечество находится на пороге новой эры, когда персональные компьютеры сойдут со столов и позволят нам видеть, слышать, осязать и, возможно даже, манипулировать предметами на расстоянии.
Сейчас разработчики систем с использованием искусственного интеллекта могут оснастить свои творения системой навигации GPS, видеокамерами и множеством дополнительных детекторов, в результате чего возможности современных роботов увеличиваются.
Связь домашних роботов и персональных компьютеров облегчит жизнь человеку (Приложение А). Например, офисный служащий следит за охраной своего дома, уборкой, раскладыванием выстиранного белья, контролируя работу домашних роботов на экране своего ПК. Кроме того, роботы смогут обмениваться информацией между собой и домашним компьютером [1].
Целью данной работы является определение задач и разработка структурной схемы системы навигации мобильного робота.
Для успешной навигации в пространстве система робота должна уметь строить маршрут, управлять параметрами движения (задавать угол поворота колес и скорость их вращения), правильно интерпретировать сведения об окружающем мире, получаемые от датчиков, и постоянно отслеживать собственные координаты.
Компьютерные системы построения маршрута разработаны достаточно хорошо. Первоначально они создавались для простейших виртуальных сред, и программа, моделирующая действия робота, быстро находила оптимальный путь к цели в двумерных лабиринтах и комнатах, наполненных простыми препятствиями. Когда появились быстрые процессоры, стало возможным формировать траекторию движения уже на сложных трехмерных картах, причем в реальном времени [2].
1 АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Современная робототехника возникла в 60-е - 70-е годы прошлого столетия как ответ на запросы комплексной автоматизации, когда в результате соединения управляемых человеком манипуляторов с системами ЧПУ станков и другого технологического оборудования появились автоматические машины принципиально нового типа. Это были роботы с программным управлением - роботы первого поколения.
Успехи применения первых роботов вызвали быстрый рост потребностей в них и соответственно требований к их возможностям. Стали развиваться роботы с комбинированным управлением, в которых программное управление дополняется управлением от человека-оператора - роботы промежуточного 1,5-го поколения с супервизорным, а затем интерактивным управлением.
В те годы только первые шаги начала делать теория адаптивного управления. И одними из первых машин с таким управлением стали адаптивные роботы. Это роботы второго поколения, оснащенные сенсорикой.
По мере развития систем адаптивного управления в них стали применяться методы искусственного интеллекта. Когда эти технологии заняли определяющее положение в алгоритмическом обеспечении систем управления, сформировалось новое, третье поколение роботов - интеллектуальные роботы [3].
Целью данной работы является разработка структурной схемы системы навигации мобильного робота.
Для реализации поставленной задачи необходимо:
а) провести анализ различных видов навигации;
в) произвести коррекцию траектории движения робота;
г) спланировать оптимальный маршрут движения, ведущего к цели;
д) реализовать управление локальными перемещениями по выработанному маршруту;
е) реализовать обход дополнительно выявляемых в ходе движения препятствий и опасных мест.
В качестве мобильного робота в данной работе берется мобильный робот для использования в чрезвычайных ситуациях (МРИЧС), общий вид которого представлен в приложении Б.
Назначение робота - инспекция территорий, зараженных химическими веществами или находящихся под угрозой заражения, работа в условиях сильной задымленности во время тушения пожара, самостоятельное патрулирование назначенных территорий, взятие проб, передача телеметрической и визуальной информации о состоянии объекта.
Система управления робота и программное обеспечение имеют модульную структуру, допускают модернизацию и расширение в части доработок, обеспечение помехоустойчивости, тестирования повышения надежности, самодиагностики, а также выполнения дополнительных функций и улучшения других тактико-технических характеристик.
Управление роботом осуществляется автономной СУ (бортовым компьютером) или по радио с помощью телерадиомодуля или по кабелю. СУ объединена с подсистемами датчиков, управления и связи [4].
навигация робот искусственный интеллект
2 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ
Робототехника - область науки и техники, ориентированная на создание роботов и робототехнических систем, предназначенных для автоматизации сложных технологических процессов и операций, в том числе, выполняемых в неопределённых условиях, для замены человека при выполнении тяжелых, утомительных и опасных работ.
Далеко не всегда условия окружающей среды позволяют человеку выполнять то или иное действие непосредственно. Это может быть работа со взрывоопасными материалами, отравляющими веществами, пожаротушение и многие другие задачи. В таких ситуациях на помощь человеку приходят мобильные роботы для использования в чрезвычайных ситуациях.
МР имеет ряд сенсоров для восприятия окружающей его среды, ряд исполнительных устройств (эффекторов) для воздействия на среду и систему управления, которая позволяет роботу совершать целенаправленные и полезные действия (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Базовые элементы всех роботизированных систем
МРИЧС использует дистанционные датчики, датчики температуры, датчики химических веществ, датчики радиации и др. для восприятия окружающей его среды, а также двигательные устройства в качестве эффекторов для воздействия на среду.
Рисунок 2.2 - Замкнутая кольцевая система во взаимодействии с окружающей средой
В замкнутой кольцевой системе сенсоры возбуждают систему управления, в зависимости от изменений в окружающей среде (рис. 2.2). В другом случае действует так называемая обратная связь. Если система управления определяет действие, которое изменяет среду, сенсоры подтверждают данное изменение, отправляя информацию о новом состоянии окружающей среды в систему управления [5].
Применение МРИЧС позволяет исключить угрозу здоровью и жизни человека-оператора. Таким образом, актуальной является проблема создания мобильных роботов, обладающих способностями к самостоятельному передвижению и автоматическому выполнению поставленных задач. Важную роль при этом играет создание системы навигации, позволяющей составлять карту среды, в которой функционирует МР, планировать маршрут, ведущий к цели и обход препятствий, встречающихся на пути.
В настоящее время в большинстве случаев управление роботом осуществляет человек-оператор на уровне движений, при этом от человека требуется непрерывное наблюдение за роботом и оперативное управление его действиями. Такой подход определяется неспособностью робота принимать самостоятельные решения и имеет ряд недостатков. К ним можно отнести необходимость организации и постоянной поддержки канала связи с человеком-оператором (кабельная связь или радиосвязь), что существенно ограничивает область применения робота.
При выполнении технологических операций оператор, получая от системы технического зрения информацию об объекте и процессе выполняемых работ, непрерывно осуществляет ручное управление исполнительными механизмами манипулятора и транспортного средства. Сложный процесс управления в сочетании с характером выполняемых работ, требующих повышенного внимания и осторожности, приводит к быстрой утомляемости оператора и, как следствие, увеличению вероятности ошибочных действий. Кроме того, человек не всегда может правильно оценить обстановку по данным телеметрии и осуществить адекватное управление. Указанных недостатков можно избежать, если управление со стороны человека-оператора будет проводиться не на уровне задания отдельных движений, а на уровне постановки цели. В этом случае робот должен самостоятельно (или при минимальном участии человека) выполнять поставленные задачи [6].
Лет десять тому назад казалось, что решить вопросы навигации роботов будет несложно. Представлялось, что достаточно распознать изображение, опознать заданные объекты, измерить до них расстояние - и задача решена.
Первые системы обеспечения навигации роботов создавались на основе сканирующих датчиков, в том числе телевидения, локационных и стереодальномеров. Специальная вычислительная схема робота в конечном итоге сводила электрические сигналы к аналогам различных препятствий и делала вывод о целесообразности того или иного движения. Стандартными признаками препятствий, воспринимаемых роботом, стали стена, навес, яма - обрыв, наклон, опасность для дальномера и другие упрощенные или укрупненные детали сцены.
Обычно задачу технического зрения робота при навигации разбивают на три уровня, соответствующих дальней, средней и ближней навигации (рисунок 2.3).
Система дальней навигации предназначена для планирования основного маршрута движения робота. Главной функцией машинного зрения при этом является распознавание ориентиров. Оптико-электронная схема, обеспечивающая решение данной задачи, состоит из объектива с переменным фокусным расстоянием (трансфокатора), электронного блока, управляющего камерой, механизма, реализующего наклон или поворот камеры, а также системы распознавания ориентира. Входные сигналы определяются грубой картой видимости, визуальными моделями ориентиров, картой местности и описанием задачи. Представления о внешней среде базируются на карте областей видимости (проходимости робота), местоположении робота, последовательности расположения областей, через которые проходит маршрут движения.
Система промежуточной (средней) навигации содержит карту, которая является подмножеством карты системы дальней навигации с более подробным содержанием. Задача навигации состоит в обеспечении движения в пределах однородной видимости, т. е. робот проходит коридоры свободного пространства (прямой полосы местности, где не требуется маневрирования). Система промежуточной навигации предполагает чередование таких коридоров и их последовательную корректировку путем увеличения ширины и разбиения маршрута на более мелкие участки. Входные сигналы этой системы основаны на карте дальней навигации, моделях известных препятствий и явных ориентиров местности, маршруте, спланированном на базе системы дальней навигации. Система промежуточной навигации обеспечивает общий анализ изображений для последующей сегментации и распознавания, качественное определение расстояний, накопление ориентиров и планирование маршрута. Представление о внешнем мире даст карта коридоров свободного пространства, на которой отмечены основные характерные признаки препятствий и местности.
Система ближней навигации предназначена для непосредственного измерения расстояний в сочетании с многоаспектным определением подпространства промежуточной безопасной зоны, в пределах которой перемещается робот, а также анализа структуры местности. Входными данными служат информация, поступающая от модулей счисления пройденного пути и курса, сведения о свободном пространстве. Система должна измерять расстояния, оценивать структуру местности, определять безопасный обход препятствий и планировать прохождение по определенным трассам.
Отдельной задачей системы ближней навигации является следование по дорогам. В ее состав входят планирование последовательности ощущаемых изменений дороги, преодоление пересеченных и искривленных участков, крутых спусков и подъемов дороги, а также, обеспечение навигации при наличии другого робота. Таким образом, эта задача, являясь частной для всей навигации робота, была связана с первыми этапами разработки навигационных систем роботов.
Основной процесс управления при навигации робота состоит в передаче задач от уровней с большей степенью абстракции к уровням с меньшей ее степенью, а информация о состоянии робота проходит в обратном направлении. При этом каждый уровень навигации хранит карту своей рабочей зоны робота и имеет специальные видеодатчики с соответствующими визуальными возможностями [7].
3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ В НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ
Навигация мобильного робота охватывает большой диапазон различных технологий и применений. Она опирается как на очень старые технологии, так и на самые продвинутые достижения науки и техники [8].
Робототехники выделяют три навигационные системы:
а) глобальная - определение абсолютных координат устройства при движении по длинным маршрутам;
б) локальная - определение координат устройства по отношению к некоторой (обычно стартовой) точке. Эта схема востребована разработчиками тактических беспилотных самолетов и наземных роботов, выполняющих миссии в пределах заранее известной области;
в) персональная - позиционирование роботом частей своего тела и взаимодействие с близлежащими предметами, что актуально для устройств, снабженных манипуляторами.
Считается, что чем крупнее аппарат, тем выше для него важность глобальной навигации и ниже - персональной. У роботов-малышей все наоборот.
Системы навигации классифицируются еще по одному признаку - они могут быть пассивными и активными. Пассивная система навигации подразумевает прием информации о собственных координатах и других характеристиках своего движения от внешних источников, а активная рассчитана на определение местоположения только своими силами. Как правило, все глобальные схемы навигации пассивные, локальные бывают и теми и другими, а персональные схемы - всегда активные.
Первые модели промышленных роботов с более или менее автономной навигацией, созданные в 60-е годы, передвигались по маршруту, жестко заданному с помощью электрических кабелей, проложенных под полом заводских сооружений. На роботах устанавливались несложные устройства приема электромагнитного излучения кабеля, позволявшие определять направление перемещения. Аппараты могли двигаться по различным маршрутам благодаря тому, что по нескольким кабелям передавался сигнал с разной частотой. Но такая схема была дорогой и негибкой.
С появлением первых систем машинного зрения удалось отказаться от кабелей и перейти к навигации по ярко нарисованным (или флуоресцентным) линиям на полу. Робот с помощью камеры следил за такой линией и самостоятельно двигался вдоль нее. Правда, линии часто стирались, нередко загораживались другими аппаратами и людьми, а на перекрестках, где сходилось несколько маршрутных линий, роботы обычно терялись и останавливались, не в силах понять, куда же двигаться дальше.
Испытывались и другие похожие концепции. По маршруту движения на определенной высоте размещались предметы-маркеры заданной формы, которые робот с помощью простых датчиков "ощупывал", узнавая тем самым свое местонахождение. Но такая схема навигации основана на нежелательном физически активном контакте машины с окружающим миром, что может привести к разрушительным последствиям. Кроме того, роботы не всегда могли правильно идентифицировать маркеры, а расположение последних приходилось выбирать очень точно.
Постепенно модели маркерной навигации были оснащены более совершенными аналоговыми датчиками, научившимися измерять силу реакции контакта и определять форму маркера, а сейчас в этих целях применяются цифровые матричные датчики, способные получать от маркеров подробные данные об окружающей среде.
Следующий способ навигации - это использование лазерных дальномеров и ультразвуковых генераторов (сонаров). Однако лазерный луч поможет получить образ среды только в зоне прямой видимости. Кроме того, на пути луча часто возникают мелкие помехи, вносящие погрешность в такой образ. А ультразвуковые датчики характеризуются большим временем отклика (если робот находится на большом и открытом пространстве), порядка десятых долей секунды, что не позволяет роботу перемещаться быстро. Скорость звука в разных условиях также может "плавать", влияя на точность оценки расстояния, в результате в "голове" робота искажается общая картина окружающей среды. Создание трехмерных карт с помощью лазеров в масштабе реального времени еще более затруднительно и, как минимум, требует существенных вычислительных мощностей, которые пока не удается воплотить в виде компактных бортовых плат. По этим причинам ценность информации, поступающей от бортовых датчиков, невелика. Роботу необходимо перевести ее в формальное и структурированное "словесное" описание мира (задача распознавания) [2].
Одним из способов организации движения робота в заранее не определённой среде может быть использование алгоритмов системы управления движением робота, снабжённого оптронной линейкой - датчиком слежения за полосой, нанесённой на поверхность полигона. Был предложен метод организации движения робота на оснащённом системой маяков полигоне, основанный на построении виртуальной полосы, которая формируется в бортовом компьютере робота с таким расчётом, чтобы она огибала включённые маяки и обеспечивала прохождение заданной трассы. Автономное определение на борту робота его обобщённых координат позволяет сформировать «виртуальную оптронную линейку», сигнал с которой пропорционален отклонению робота от виртуальной полосы [9].
Сегодня, большинство роботов, ориентирующихся на местности, полагаются на одометрию (odometry - измерение пройденного пути) как на основу навигационной системы. Обычный одометрический измеритель включает в себя оптические кодировщики, спаренные с вращающимися осями.
Вот некоторые вращательные сенсоры, измеряющие перемещение и скорость используемые сегодня:
Наиболее популярные вращательные кодеры - инкрементальный или абсолютный оптические кодеры.
В основе современных оптических сенсоров лежит уменьшенный сенсор, определяющий близость по прерыванию луча. В нем сфокусированный и направленный на определенный фотодетектор луч света периодически прерывается диском со специальными прорезями, вращающимся на валу. Развитие этой схемы кодирования - выходные данные, которые по сути своей цифровые, собираются в недорогой и надежной «упаковке» с хорошей помехоустойчивостью. Существует два основных вида оптических кодеров:
а) инкрементный - измеряет скорость вращения и может определить относительное положение;
б) абсолютный - измеряет точное угловое положение и может определить скорость.
Одноканальный тахометр - простейший вид инкрементного кодера. В основе механики - дискретный источник света, пульсирующий определенное количество раз за один оборот вала. Увеличение количества импульсов за оборот увеличивает разрешение кодера (и его стоимость). Это устройство хорошо подходит как измеритель скорости с обратной связью в средне и высокоскоростных системах управления. Но у них появляются проблемы с помехами и стабильностью на малых скоростях из-за ошибок дискретизации. К этим проблемам добавляется то, что одноканальный тахометр не способен определить направление вращения и, как следствие, не может быть использован как позиционирующий сенсор.
Абсолютные оптические кодеры обычно используются в приложениях с медленным вращением, для которых не допустима потеря информации о положении из-за временной потери питания. Лучше всего подходит для систем с медленным и/или нечастым вращением, в которых кодируется угол поворота (противоположность вычислениям, связанным с продолжительным высокоскоростным вращением, требуемые для вычисления перемещения по пути следования).
Потенциальное неудобство абсолютного кодера - параллелизм выходных данных, который требует более сложный интерфейс из-за большого количества проводов.
Одометрия дает хорошую кратковременную точность, недорогая и обладает очень большой частотой дискретизации. Но начальная идея одометрии - объединение увеличивающейся во времени двигательной информации, которое неизбежно приводит к накоплению ошибок. На практике, накапливаемые ошибки ориентации являются причиной большинства ошибок позиционирования, количество которых увеличивается пропорционально пути, пройденному роботом. Однако широко принято, что одометрия - очень важная часть навигационной системы робота и задача навигации упростилась, если точность одометрии была бы увеличена.
Ниже приведено несколько причин, по которым одометрия используется в МР:
а) данные одометрии могут быть объединены технологией абсолютного позиционирования (и другими технологиями) для получения лучшей и более точной оценки положения;
б) одометрия может быть использована в абсолютно позиционировании, улучшенном ориентирами (маяками) на местности. Давая необходимую точность позиционирования, повышая точность одометрии - это позволяет уменьшить частоту обновлений в абсолютном позиционировании. Как следствие - для данного маршрута требуется меньше маяков;
в) в некоторых ситуациях одометрия применима только в качестве навигационного информатора.
Альтернативный метод одометрие - инерционная навигация. Принцип работы включает непрерывное считывание даже малейшего ускорения по каждой из трех осей направлений и перемещение во времени, чтобы вычислить и положение. Платформа сенсора стабилизируется гироскопом, это необходимо для сохранения строгой ориентации трех акселерометров на протяжении всего процесса.
Хотя концепция метода проста, специфика реализации весьма требовательна. Главным образом это вызвано ошибками, причиной которых является стабильность (ее отсутствие), для обеспечения которой, чтобы гарантировать корректность вычисления положения, используются гироскопы.
Одним из преимуществ инерционной навигации является возможность обеспечивать быстрые, низко латентные динамические измерения.
Однако главным недостатком является то, что угловые и скоростные данные должны быть включены один и два раза (соответственно) для определения ориентации и линейного позиционирования (соответственно).
Другой вид навигации с помощью ориентиров. Существуют естественные и искусственные ориентиры.
Главная проблема навигации по природным ориентирам заключается в определении и сопоставлении характерных особенностей в данных, полученных от сенсоров. Такие сенсоры представляют собой машинное зрение. Большинство систем машинного зрения основаны на определении длинных отрезков прямых, например как в дверных проемах или точек соединения стен и потолка.
В системе позиционирования по природным ориентирам выделяют следующие базовые компоненты:
а) сенсор (обычно зрительный) детектирующий и выделяющий ориентиры на сцене;
б) метод сравнения, полученных в результате наблюдения, особенностей с картой известных ориентиров;
в)метод вычисления местоположения и локализации ошибок от сравнений.
Намного легче детектировать искусственные ориентиры, так как они разрабатываются с оптимальным контрастом. Вдобавок, для искусственного ориентира заранее известны точные размеры и форма. Многие системы позиционирования по искусственным ориентирам основаны на машинном зрении, а в качестве ориентиров чаще всего используются черный прямоугольник с белыми точками по углам, сфера с вертикальными и горизонтальными окружностями для калибровки, что позволяет определить пространственное (трехмерное) положение по одному изображению.
Точность описанного выше метода зависит от того, с какой точностью геометрические параметры ориентиров будут извлечены из изображения сцены, которая, в свою очередь, зависит от относительного положения и угла между роботом и ориентиром.
Существуют также ориентиры, которые используются не визуальными сенсорами. Наиболее часто используемые - штрих-код отражатель для лазерных сканеров.
Ещё один, широко используемый в индустрии, вид навигации по ориентирам, - это линейная навигация. Она может рассматриваться как навигация по непрерывным ориентирам, а из-за того, что в большинстве случаев сенсор, используемый в системе, должен находиться очень близко к линии, габариты устройства ограничены тем, что оно должно находиться в непосредственной близости от линии. Эта технология долгие годы использовалась в задачах промышленной автоматизации, а такие устройства обычно называли Автоматически Управляемые Устройства. Однако, технология не была детально изучена и, как следствие, не позволяла устройству двигаться свободно.
Основные реализации линейной навигации:
б) управление отражающей или оптической лентой;
в) ферритовое управление, где используется феррито магнитная пыль;
г) управление по термальным маркерам.
Основные особенности навигации по ориентирам:
а) навигация по природным маякам требовательна к постоянству окружающей обстановки;
б) навигация по искусственным маякам - недорогая и может обладать дополнительными информационными кодерами;
в) максимальное расстояние между роботом и ориентиром значительно меньше, чем в системах с активными маяками;
г) точность позиционирования зависит от расстояния и угла между роботом и ориентиром;
д) необходима большая вычислительна мощность, чем в системах с активными маяками;
е) внешние условия (такие как освещенность) могут быть причиной ошибок таких как: ориентир не может быть распознан, или некоторый объект ошибочно принят за ориентир;
ж) в навигации по ориентирам требуется, что бы робот знал свое примерное начальное положение для того, чтобы он знал где искать ориентиры. Если это требование не выполнено, то, очень часто, в систему включают функцию «всеохватного» поиска;
з) база данных маяков и их расположения в пространстве должна все время поддерживаться.
Существует навигация по карте. Картографическое позиционирование (также известное как «карто соответствующая» или "map matching") - это технология, по которой робот использует сенсоры для построения локальной карты местности. Эта локальная карта потом сравнивается с глобальной, предварительно сохраненной в памяти. После нахождения совпадений робот вычисляет свое текущее положение и ориентацию на местности. В качестве предварительно записанной карты может выступать САПР модель местности, или она может быть построена по предварительно полученным от сенсоров данным.
Основные преимущества картографического позиционирования приведены ниже:
а) она, естественно, используется на местности со структурой типичной для помещения и получает информацию о положении в окружении, не изменяя его;
б)она может быть использована для создания и обновления карты местности. Карты местности играю большую роль в других МР задачах, например при глобальном планировании пути;
в) она позволяет роботу изучить новую местность и повышает точность позиционирования при ее (местности) исследовании.
Недостатки картографической навигации связаны со следующими требованиями:
а) на местности должно быть достаточное количество стационарных, хорошо различимых деталей, по которым будет производиться сопоставление сенсоров должно быть ровно столько, сколько необходимо (в зависимости от поставленной задачи);
б) должна быть доступна значительная чувствительная и вычислительная мощность.
Проблема построения карты очень тесно связана с возможностями восприятия, она может быть определена следующим образом: «что сенсоры способны увидеть из заданного положения робота с данным множеством измерений?».
Представление, используемое для карты, должно обеспечивать возможность объединения на карте новой информации, поступающей от сенсоров. Также оно должно доставлять необходимую информацию для планирования маршрута и уклонения от препятствий.
Три главных шага в обработке сенсорных данных для построения карты:
а) извлечение характерных признаков из необработанных сенсорных данных;
б) объединение данных от сенсоров различных типов;
в) автоматизированное создание абстрактной модели местности.
Один из самых энергоемких аспектов картографической навигации - сопоставление карт. Сопоставление происходит при первоначальном извлечении характерных признаков, далее определяется точное соответствие между изображением и характеристиками модели. Работа по сопоставлению карт в сфере машинного зрения чаще всего фокусируется на общей проблеме сопоставления изображения, полученного из случайного положения и ориентации, по отношению к модели.
Алгоритмы сравнения можно разделить на алгоритмы, основанные на анализе изображения и основанные на анализе характерных признаков. Первые отличаются от вторых тем, что, во-первых, по карте сопоставить данные очень информативной точки на местности проще, чем данные представляющие собой малый набор особенностей. Вычисления в алгоритмах основанных на анализе характерных признаков быстрее, чем в алгоритмах основанных на анализе изображения и не требуют хороших предварительных головных вычислений. А в
Система навигации мобильного робота дипломная работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Рисунок На Дипломную Работу
Дипломная работа по теме Этическое воспитание школьников
Курсовая работа: Управління джерелами фінансування підприємств
Реферат: История болезни - Педиатрия (поражение мочевыделительной системы)
Курсовая работа по теме Управление оборотными активами и стратегия их финансирования
Темы Сочинений По Роману Герой
Написание Сочинения На Лингвистическую Тему
Дипломная работа по теме Розробка практичних рекомендацій щодо вдосконалення контролю маркетингової діяльності на підприємстві ВАТ "Бровар"
Корпоративная Культура На Примере Реферат
Дипломная работа по теме Отвод земельных участков при реконструкции нефтепровода
Контрольная Работа На Тему Биосфера, Виды Ее Загрязнения И Охраны
Реферат: Газовые лазеры
Дневник По Инфекционной Практике
Реферат: Показатели качества продукции 6
Реферат: Государство Бохай. Скачать бесплатно и без регистрации
Доклад по теме Death
Дипломная Работа На Тему Сучасний Облік Прямих Витрат
Примерные Темы Для Итогового Сочинения 2022
Реферат На Тему Реки И Озера Дагестана
Юрисдикционные Иммунитеты Иностранного Государства Курсовая
Учет расчетов с персоналом по оплате труда - Бухгалтерский учет и аудит дипломная работа
Культура Древнего Востока - Культура и искусство реферат
Комплексна організація виробництва морквяного соку - Кулинария и продукты питания курсовая работа