Цель и задачи диссертационной работы

Обобщая результаты анализа теоретических и прикладных исследований, посвященных проблеме обеспечения точности движения и позиционирования MMP при моделировании статики, динамики и устойчивости упругих манипу­ляторов, отслеживании ими заданных траекторий, движении в неорганизован­ном рабочем пространстве и позиционировании можно заключить, что решение этой проблемы лежит на путях широкого использования уточненных математи­ческих моделей, численных методов, алгоритмов и комплексов программ обра­ботки сенсорных данных (видеоизображений)

Целью диссертационной работы является решение современной научно­технической проблемы 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.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи.

1. Разработка адекватных нелинейных математических моделей для повы­шения точности численного моделирования движения и позиционирования ма­нипулятора MMP при больших его упругих перемещениях с учетом взаимосвя­зи между пространственными формами деформации.

2. Разработка методов и алгоритмов моделирования в режиме близком к ре­альному времени движения манипулятора MMP с целью повышения точности отслеживания заданной траектории в пространстве и позиционирования путем компенсации его приводами вычисленных динамических и статических упру­гих отклонений манипулятора.

3. Разработка методов повышения точности определения координат ориен­тиров и робота при использовании видеосенсоров в контуре информационной обратной связи, методов и алгоритмов управления движением робота с исполь­зованием видеоинформации с возможностью быстрой переналадки на различ­ные типы локальных навигационных задач.

4. Разработка методов точного позиционирования MP в заданных точках рабочего пространства с использованием визуального сервоуправления по ви­деоинформации в условиях неорганизованного рабочего пространства с целью компенсации погрешностей глобальных методов навигации.

5. Разработка эффективных с точки зрения вычислительных затрат методов оп­ределения местоположения MP по визуальным ориентирам в задачах управления его движением в глобальном пространстве карты в условиях неполных и неточных сенсорных данных о рабочем пространстве и параметрах движения робота.

6. Разработка методов, алгоритмов и программных средств обработки сиг­налов видеосенсоров для получения точной и достоверной дополнительной ин­формации для специальных и вспомогательных задач при выполнении инспек­ционных или контрольно-диагностических работ в реальных средах при высо­ком уровне помех в видеосигналах.

В совокупности рассмотренные задачи образуют крупную научную про­блему, решение которой имеет важное народохозяйственное значение.

На рис.1.11, приведена предлагаемая в контексте данной диссертационной работы структурно-логическая схема последовательности решения задач иссле­дования при решении перспективной проблемы обеспечения точности движе­ния и позиционирования мобильных манипуляционных роботов. В основе предложенной схемы лежит общая тенденция развития робототехники к повы­шению степени автономности и способности функционировать во все более не­организованных, не полностью определенных рабочих пространствах с непол­ными сенсорными данными об окружающем мире и характеристиках самого робота. Предложенные в рамках данной схемы подходы можно разделить на два основных направления.

Первое направление (задачи 1,2) связано с моделированием манипулятора MMP, а именно с разработкой численных методов и алгоритмов на основе адек­ватных математических моделей манипулятора, позволяющих компенсировать потерю точности управления им из-за неидеальности его характеристик (упруго­сти, нелинейности), которые должны быть учтены в математических моделях.

Рис.1.11.

Второе направление (задачи 3-6) связано с развитием методов и средств реализации обратной связи MMP, дающих интегральную картину о состоянии окружающего пространства и состоянии самого робота, что необходимо при работе в неорганизованной и неопределенной рабочей среде. В качестве ука­занных средств обратной связи предлагается использовать видеосистемы, включающие видеокамеру и систему технического зрения. Это в свою очередь, ведет к увеличению сложности методов и интеллектуального наполнения алго­ритмов обработки изображений в СТЗ.

При этом одними их основных требований к MMP являются:

• повышение точности управляемого движения;

• точное определение местоположения робота и его рабочих органов (манипу­лятора) в абсолютных и относительных системах координат робота, карты, це­ли;

• навигация во всей доступной области рабочего пространства в сочетании с точным позиционированием в заданных его точках (целях).

Требования точности и эффективности предъявляются также к выполняемым MMP специальным (в частности, контрольно-диагностическим) операциям.