ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации поставлена и решена крупная научная проблема обеспече­ния точности движения и позиционирования мобильных манипуляционных ро­ботов путем разработки адекватных математических моделей, численных мето­дов и программного обеспечения в задачах управления манипуляторами и мо­бильными роботами, определения местоположения и обработки информации видеосенсоров роботов с учетом упругости звеньев манипуляторов, неполных сенсорных данных, неопределенных и изменяющихся в процессе работы харак­теристик рабочего пространства и робота.

По основным результатам проведенных исследований получены следующие научные и прикладные результаты:

1. Предложена основанная на математических моделях, численных методах и алгоритмах методология обеспечения точности движения и позиционирова­ния мобильных манипуляционных роботов в условиях упругих деформаций манипулятора, неопределенных и изменяющихся характеристик рабочего про­странства и робота.

2. Разработаны методы, алгоритмы и программы для точного численного анализа статики, динамики и устойчивости стержневых упругих систем, и в ча­стности, упругих манипуляторов роботов при больших упругих перемещениях на основе: адекватной математической модели геометрически нелинейного стержневого конечного элемента, учитывающей взаимосвязь между простран­ственными формами деформации и нелинейность осевой силы в изогнутом стержне; методики учета больших поворотов и перемещений узлов конечно­элементной модели; эффективного итерационного алгоритма прямого числен­ного интегрирования уравнений движения геометрически нелинейных стерж­невых систем.

3. Предложен итерационный метод решения обратной задачи кинематики и динамики упругих манипуляторов роботов основанный на численном решении в режиме времени близком к реальному системы дифференциальных уравнений движения манипулятора, полученных с использованием эффективной нелиней­ной модели и алгебраических уравнений нестационарной кинематической связи на положение рабочего органа.

прошел успешную экспериментальную проверку на упругом манипуляторе FLEBOT-2.

4. Разработаны методы обеспечения точности движения мобильного робота в локальных навигационных задачах с использованием данных видеосенсоров, а именно: метод калибровки постоянных кинематических параметров модели видеокамеры на вращающейся платформе, позволяющий повысить точность вычисления координат наблюдаемых видеокамерой объектов в связанной с ро­ботом системе координат; алгоритмы определения местоположения робота от­носительно наблюдаемых видеокамерой визуальных ориентиров; метод синтеза алгоритмов управления MP с использованием видеоинформации на основе обу­чаемого нейросетевого регулятора, позволяющий быстро переналаживать такие простые алгоритмы управления как следование, отслеживание, сближение. Вы­полнена экспериментальная проверка указанных методов.

5. Предложены способы и методы точного позиционирования MP в задан­ной точке рабочего пространства с использованием видеоинформации при ко­торых MP выводится в окрестность заданной точки неточными методами гло­бальной навигации, а точное позиционирование выполняется при помощи визу­ального сервоуправления движением робота по естественным визуальным ори­ентирам. При этом не требуется информация о координатах MP и организация рабочего пространства, что позволяет использовать предложенный метод и для компенсации ошибок и погрешностей определения координат MP в глобальных навигационных системах. В рамках реализации метода предложены методы решения ключевой задачи сопоставления естественных визуальных ориентирах на двух видеоизображениях: вероятностный релаксационный метод сопостав­ления ориентиров и метод определения корректно сопоставленных ориентиров, основанный на свойствах проективного инварианта.

6. Разработан эффективный вероятностный Марковский метод локализации MP на карте рабочего пространства с использованием визуальных ориентиров в условиях неполных и неточных сенсорных данных об окружающей среде и па­раметрах движениях робота.

пешно решает все проблемы локализации при снижении вычислительных за­трат более чем в 10 раз по сравнению с базовым методом.

7. Разработаны методы, алгоритмы и программные средства для решения прикладных задач по обработке информации видеосенсоров и распознаванию образов, повышающих эффективность и достоверность выполнения MP кон­трольно диагностических и вспомогательных операций. При этом разработаны алгоритмы и программы: (а) диагностики сложных дефектов подводных соору­жений по видеоданным СТЗ подводного MP; (б) определения горизонтальной скорости летающего MP по последовательности видеокадров; (в) совместной автоматической обработки данных видео- и тепловизионного контроля состоя­ния оборудования и объектов, осуществляемого в том числе, с использованием специального контрольно-диагностического MP.

8. Программный комплекс «COMPASS» с программными модулями расчета геометрически нелинейных стержневых систем был передан в ОАО «Иркутск- НИИхиммаш» и в Научно-диагностический центр ОАО AHXK для расчета и оптимального проектирования оборудования нефтехимических производств. Методы и алгоритмы совместной обработки видео- и термоизображений вне­дрены на ВСЖД РАО «Российские железные дороги» для тепловизионной ди­агностики оборудования локомотивов.

Результаты работ автора в области управления движением упругого ма­нипулятора при отслеживании заданной траектории методом решения обратной задачи кинематики реализованы в экспериментальном роботе FLEBOT-2 лабо­ратории космических машин отделения аэронавтики и космической техники инженерного факультета университета Тохоку (г.Сендай, Япония). Результаты работ автора в области управления движением мобильных роботов на основе данных видеосенсоров реализованы в экспериментально-демонстрационном роботе ALifeRobot лаборатории искусственного интеллекта факультета элек­троники и электротехники университета г.Оита (Япония). Работы по автомати­зированной диагностике дефектов подводных сооружений и определению ско­рости летающего MP проводились в рамках инициативных проектных разрабо­ток лаборатории искусственного интеллекта университета г.Оита (Япония).