Технические науки/11.Робототехника.

А.Б. Бушуев, Ю.В. Литвинов, Мазулина В.В., Салмыгин И.П, Фролов С.Н.

НИУ Информационных Технологий Механики и Оптики,

Россия, Санкт-Петербург

Алгоритмы обхода препятствий

при программном управлении мобильным роботом

В настоящее время в мире интенсивно расширяются области исследований и использования мобильных роботов (МР).

Для успешного выполнения обширного круга задач роботы должны обладать способностью интерпретировать, планировать и автоматически выполнять полученное задание, используя бортовую вычислительную систему. Их особенность - возможность достижения заданной цели в неопределенной внешней среде, избегая столкновений со стационарными препятствиями и подвижными объектами.

Сейчас уверенное функционирование мобильных роботов может быть обеспечено в относительно знакомых и хорошо структурированных рабочих пространствах. Развиты методы управления роботами на основе хорошо сформулированных моделей и алгоритмов. При работе в незнакомом или изменяющемся окружении мобильный робот должен обладать способностью реагировать на непредусмотренные ситуации и действовать на основании предыдущего опыта. Таким образом, робот нуждается в системе управления с элементами искусственного интеллекта. В последнее время видеокамеры всё чаще используются для подобных целей. .

Система дистанционного управления МР реализована в виде многопоточного приложения с набором независимо функционирующих подзадач. Все независимые части исполнительной системы МР оснащены датчиками, снимающими показания о текущем состоянии объекта управления. Данные отсылаются на обработку в систему управления при поступлении запроса по выделенному для этих целей коммуникационному каналу.

При подключении к системе управления (СУ) видеонаблюдения появляется возможность не только определения наличия преграды на пути движения МР, распознавания формы и идентификации препятствия, но и оценка его габаритных характеристик как объекта окружающей среды.

Имея оценку габаритов препятствия, СУ определяет направление обхода препятствия и рассчитывает текущий отрезок траектории .

Для определения препятствия на мобильном роботе необходимо разместить массив микроволновых сенсоров. Микроволновые активные сенсоры, реализующие этот метод, относятся к классу детекторов движения. Перемещение объекта приводит к появлению изменяющегося во времени отраженного сигнала (эффект Доплера).

Рисунок 1. Примерное расположение датчиков.

. Датчики (рис.1) расположены таким образом, чтобы охватить как можно большую площадь слева, впереди и справа от направления движения мобильного робота. Для объезда препятствия существует 2способа управления роботом:

1. Дистанционное управление мобильным роботом оператором для объезда(техническое зрение)

2. Автоматический объезд препятствия самим роботом при занесенных в его базу алгоритмах объезда(техническое зрение+алгоритмы)

Нас, в большей степени, интересует второй способ:

Робот, кроме микроволновых сенсоров, имеет видеокамеру и заложенную в него базу данных алгоритмов обхода препятствий. Цель робота доехать до указанного места, обойдя все препятствия за кротчайший срок. При этом микропроцессор МР обеспечивает следующий алгоритм работы:

1. Расчет кратчайшей траектории движения до указанной цели;

2. Проверку расстояния до цели и, если оно меньше некоторого, то считается, что цель достигнута;

3. Если цель не достигнута, то производится доворот робота на цель;

4. Далее производится движение по прямой на 1 метр, после чего переход к п. 2, либо пока расстояние до непреодолимого препятствия не станет меньше некоторого заданного расстояния;

5. Маневр для объезда препятствия: если слева от робота большее расстояние (т.е. нет препятствия в непосредственной близости), то едем влево, если справа – вправо, пока нет возможности проехать, т.е. если по центру нет препятствия, в этом случае переход к п. 3. Если во всех трёх направлениях нет возможности движения, то переход к п. 6;

6. Обзор препятствий. В этом случае робот производит разворот камеры на 360 угловых градусов и находит объезд препятствия, который находится ближе всего к направлению на цель. Поворот робота на найденный угол и переход к п. 2.

Мобильный робот (рисунок 2) представляет собой четырёхколесную базу с двумя ведущими колесами, электродвигателями для ведущих колёс.

Рисунок 2.Схема мобильного робота.

Составим кинематическую модель мобильного робота.

где y1, y2 – координаты робота на плоскости; V – скорость робота; V1 – скорость левого ведущего колеса; V2 – скорость правого ведущего колеса;

ω – угловая скорость робота при поворотах; α – угол поворота робота в плоскости; К – коэффициент передачи привода.

В работе предложена математическая модель движения мобильного робота. Составлена схема размещения массива микроволновых датчиков на мобильном роботе и сформулированы правила нечеткой логики для движения и обхода препятствий мобильным роботом.

Литература

1. Н.И. Романенко Способ дистанционного управления мобильным роботом

при обходе препятствий. Научно-теоретический журнал "Искусственный

интеллект" No.4'2003.

2. М.Б. Кошевцов Система автоматического обхода препятствий мобильным

Роботом. Сб.тр. Донецкий государственный институт искусственного

интеллекта. 2009.

3. В.А. Плотников Анализ эффективности существующих методов уклонения

от столкновения для мобильного робота. Сб.тр. Донецкий государственный

институт искусственного интеллекта. 2010.