ГЛАВА 4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ДВИЖЕНИЯ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ В ЛОКАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ЗАДАЧАХ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ВИДЕОСЕНСОРОВ
Управление движением мобильного робота в неорганизованной рабочей среде представляет собой сложную задачу из-за высокого уровня неопределенности параметров рабочей среды, параметров мобильного робота, шумов и погрешностей в данных сенсорных систем робота.
Рабочая среда мобильных роботов в большом числе случаев является неорганизованной, т.е. в ней не проводится ряд мероприятий для повышения уровня приспособленности среды к работающим в ней роботам. Параметры таких рабочих сред не только являются неопределенными, но и изменяются со временем. В число таких параметров входят различные коэффициенты сопротивления движению MP со стороны рабочей поверхности, различные коэффициенты сцепления колес, неровности и неоднородности рабочей среды, посторонние предметы, подвижные и неподвижные объекты, находящиеся в рабочей среде люди. Параметры мобильного робота также в некоторой степени неопределенны и могут меняться: изменение веса полезной нагрузки, перемещение полезной нагрузки и связанные с этим изменение инерционных характеристик MP и условий загружения его ходовой части, изменение давления и износ шин колесной ходовой части, попадание предметов в нее и т.п. Шумы и погрешности сенсорных систем робота также усложняют управление им.Вышеперечисленные факторы приводят к снижению точности движения и позиционирования MP в рабочем пространстве. Повышение адекватности методов моделирования движения MP не позволяет повысить точность из-за наличия неопределенностей в моделируемой системе «МР - рабочая среда». Для решения поставленной проблемы представляется перспективным направление, связанное с расширением и усовершенствованием сенсорных систем MP за счет введения дополнительных датчиков и сенсоров, а также методов обработки их информации. Стандартный набор сенсоров современного MP составляют классические сенсоры обратной связи, контактные датчики, датчики счисления пути, сенсоры мониторинга ближайшего пространства (ультразвуковые, лазерные, оптические), видеосенсоры (видеокамеры).
Видеокамеры являются эффективными интегральными сенсорами, дающими полную картину локального РП в своем рабочем диапазоне и могут быть использованы для построения сенсорных систем обратной связи, позволяющих повысить точность управления движением MP в локальной области РП. Для развития данного направления необходима разработка методов обработки сигналов видеосенсоров и реализация их в виде систем технического зрения, решающих различные по сложности задачи вплоть до интеллектуальных по распознаванию сложных образов.
В локальных навигационных задачах визуальные сенсорные системы могут использоваться для идентификации объектов и их позиционирования относительно MP. Данная информация может быть использована как для управления роботом в окрестности идентифицированных объектов, так и для определения местоположения MP в локальной области рабочего пространства (при наличии карты РП и в ее глобальной системе координат). Управление движением MP с использованием видеосенсоров может быть реализовано и без явного использования координатной информации при помощи замкнутых управляющих контуров - контуров визуального сервоуправления - в простых навигационных задачах отслеживания движения объектов, сближения с ними и следования по направляющим ориентирам. Такой подход позволяет получать простые управляющие алгоритмы, которые могут использоваться в широком круге задач и быстро переналаживаться.
К достоинствам видеокамер можно отнести также и многофункциональность, т.е. их информация может использоваться не только для обеспечения точности движения, но и для решения высокоуровневых задач управления и принятия решений. Недостатком видеосистем является то, что они генерируют большой объем информации, который зачастую необходимо обрабатывать в реальном времени. Связанные с этим высокие вычислительные затраты предъявляют повышенные требования к мощности бортового вычислительного комплекса MP. Кроме обработки сигналов сенсоров бортовой компьютер MP должен решать в реальном времени целый ряд других задач, связанных с управлением МП, поэтому выделение существенных вычислительных ресурсов задачам обработки видеосигналов вступает в противоречие с другими вычислительными процессами и может привести к снижению эффективности системы управления в целом (ухудшение времени отклика, показателей точности, снижение уровня стабильности работы).
Логичным решением здесь является возможность наращивания вычислительных ресурсов MP за счет создания распределенной системы управления, позволяющей распределить вычислительную нагрузку между несколькими компьютерами, что представляет собой еще больший интерес при объединенном управлении группой роботов. Предложенные автором принципы построения распределенной системы управления MP, ее архитектураи механизмы реализации приведены в Приложении 3.
Данная глава посвящена теоретическим и экспериментальным разработкам в проблеме использования данных видеосенсоров для организации обратной связи по местоположению MP с целью повышения точности движения и позиционирования MP в локальных навигационных задачах, а также реализации на основе видеосенсоров низкоуровневых алгоритмов управления движением MP.
4.1.