WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 


На правах рукописи

Ахмед Саад Али Мохаммед

Управление наземными роботами в недетерминированных средах с препятствиями

определенного класса

Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические

системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог – 2012 1

Работа выполнена в Технологическом институте Южного Федерального Университета в г. Таганроге.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Пшихопов Вячеслав Хасанович доктор технических наук

Официальные оппоненты:

Капустян Сергей Григорьевич кандидат технических наук,доцент Лукьянов Евгений Анатольевич ФГБОУ ВПО «Южно-Российский

Ведущая организация:

государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Защита диссертации состоится « 2012 г. в _ ч. _ м. на »

заседании диссертационного совета Д 212.208.24 при Южном федеральном университете по адресу: 347928, г. Таганрог, Ростовская область, ул. Чехова 2, корп. «И», комн. 347.

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке ЮФУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148 и на сайте http://sfedu.ru/ Автореферат разослан «_»_2012 г.

Просим Вас прислать отзыв, заверенный печатью учреждения, по адресу:

347928, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44, Технологический институт Южного федерального университета в г. Таганроге, Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.24 Кухаренко Анатолию Павловичу.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент А.П. Кухаренко

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время наземные роботы (НР) привлекают все большее внимание исследователей в связи с их широким применением. НР должны иметь возможность автономного функционирования в неструктурированных, динамичных, частично наблюдаемых и недетерминированных средах. Все чаще предъявляется требование избегать столкновений со стационарными препятствиями и подвижными объектами. На выполнение указанных требований направлен ряд современных подходов к конструированию систем управления автономными роботами, функционирующими в недетерминированных средах.

Основные проблемы, связанные с использованием указанных подходов и методов к формированию управлений тактического уровня, заключаются в следующем: в необходимости предварительного планирования траектории или картографирования области функционирования НР, что налагает существенные ограничения на движение объектов в априори недетерминированных средах; в недостаточной проработанности процедур согласования стратегических уровней планирования и тактических уровней управления; в необходимости дополнительной информации о геометрии, фазовых координатах наземного робота и так далее, что существенно увеличивает эффективность функционирования.

Различным аспектам проблемы управления НР посвящены работы отечественных (Безнос А.В., Жихарев Д.Н., Бурдаков С.Ф., Гайдук А.Р., Зенкевич С.Л., Капустян С.Г., Нейдорф Р.А., Подураев Ю.В., Чернухин Ю.В., Юревич Е.И., Ющенко А.С., Каляев И.А., Пшихопов В.Х. и др.), и зарубежных (Montaner M.B., Rigatos G.G., Tzafestas C.S., Lee T.L., Wu C.J., Khatib O., Quoy M., Moga S., Gaussier P., Janglova. D., Lumelsky V., Stepanov V., SkewisТ.,Ren J., Mcisaac K.A., Patel R.V.) ученых.

Однако, при наличии достаточного большого числа публикаций, большинство предложенных подходов к управлению НР ограничено проблемой тупиковых ситуаций, которая возникает, когда робот движется среди препятствий к желаемой цели без априорного знания окружающей среды. НР может попасть в «ловушку» в среде с вогнутыми препятствиями, лабиринтами и т.д. Также, при наличии препятствий, расположенных близко к целевой точке, возможно возникновение циклических движений робота. Таким образом, решение проблемы обхода НР препятствий сложной формы является весьма актуальной научно-технической проблемой.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования НР путем обеспечения автономного управления движением робота в недетерминированной среде с определенным классом препятствий.

Научная задача, решение которой содержится в диссертации, – разработка методов управления наземными роботами, обеспечивающих обход препятствий сложной формы в недетерминированной среде, без предварительного картографирования зоны функционирования НР.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

анализ и исследование известных методов управления подвижными объектами в недетерминированных средах с обходом стационарных и нестационарных препятствий;

разработка алгоритмически реализуемого метода обработки сенсорной информации, позволяющих устранять тупиковые ситуации, обусловленные наличием близко расположенных препятствий;

разработка метода планирования траекторий НР, позволяющего избегать тупиковых ситуаций, обусловленных наличием препятствий сложной формы определенного класса;

разработка метода управления НР в средах с препятствиями определенного класса, позволяющих выводить управляемый робот из тупиков и сглаживать его траекторию при перемещении внутри узкого коридора;

разработка архитектуры программного обеспечения и общих алгоритмов функционирования программно-аппаратного комплекса для исследования перемещений НР;

проведение экспериментальных исследований системы оперативного управления перемещением НР в недетерминированной среде.

Методы исследования основаны на использовании методов теории управления, теории устойчивости, аналитической механики, теории матриц, аналитического синтеза нелинейных позиционно-траекторных систем управления подвижными объектами, нечеткой логики управления. Проверка эффективности полученных в ходе работы теоретических результатов осуществлялась средствами численного моделирования в среде MATLAB и подтверждена результатами натурных экспериментов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

строгими математическими выводами;

результатами экспериментов и компьютерным моделированием;

согласованием с данными экспериментов и результатами исследований других авторов.

Наиболее существенные положения, выдвинутые для защиты:

связывание образов препятствий упрощает их описание и позволяет избегать тупиковых ситуаций;

преодоление тупиковых ситуаций, возникающих при обходе препятствий сложной формы, можно осуществить за счет совместного применения неустойчивых режимов и интеллектуальных алгоритмов планирования и управления движением НР;

концепция виртуальной целевой точки позволяет повысить эффективность функционирования НР в недетерминированных средах без предварительного картографирования.

Наиболее существенные новые научные результаты, полученные автором и выдвигаемые для защиты:

– алгоритмически реализуемый метод обработки сенсорной информации, отличающийся формированием дополнительных связей между образами препятствиями, и позволяющий устранять тупиковые ситуации, обусловленные наличием близко расположенных препятствий;

– метод управления НР, позволяющий обходить препятствия сложной формы, и отличающийся совместным использованием детерминированных позиционнотраекторных и нечетких регуляторов;

– метод формирования траектории движения НР в недетерминированных средах, позволяющий избегать циклических движений робота и тупиковых ситуаций, обусловленных наличием препятствий сложных форм, отличающийся введением виртуальной целевой точки.

Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты могут быть использованы при конструировании систем управления НР, предназначенными для транспортировки грузов, обслуживания опасных для жизни и труднодоступных зон атомной, химической и газовой промышленности, сервисного обслуживания пассажирских терминалов и т.д. Применяемые алгоритмы нетребовательны к вычислительным ресурсам, могут быть реализованы в реальном времени с использованием простых сенсоров.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на международном научно-техническом семинарев г. Алушта, 2010 г., международной конференции «Автоматизация управления и интеллектуальные системы и среды» (АУИСС – 2010 г.), первой международной конференции «Автоматизация управления и интеллектуальные системы и среды» (Нальчик, 2010 г.), IEEE Международной конференция по мехатронике, (Стамбул, Турция 2011 г.), 4-й международной конференции по машиностроению и технологиям, (Асьют, Египет, 2011 г.), научно-технической конференции «Искусственный интеллект и управление»

(ИИУ-2011), всероссийской научной школе «Микроэлектронные информационноуправляющие системы икомплексы» (Новочеркасск, 2011г.).

Реализация и внедрение результатов работы. Теоретические и практические разработки, выполненные в рамках данной работы, использованы при создании колесного автономного мобильного робота «Скиф-3», внедрены в учебный процесс кафедры электротехники и мехатроники ТТИ ЮФУ в рамках курсов «Основы робототехники» и «Управление роботами и робототехническими системами».

Личный вклад автора. Все научные результаты диссертации получены автором лично.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 9 научных изданиях, в том числе 3 статьях в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов работ по диссертациям на соискание ученой степени кандидата технических наук, 6 докладах в материалах Всероссийских и международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 135 наименований, содержания и 3 приложений.

Основная часть работы изложена на 175 страницах и включает в себя 72 рисунка и таблицы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследований, выделены основные положения и научные результаты работы, имеющие научную новизну и практическую значимость.

В первой главе содержится обзор литературы, кратко рассмотрены некоторые наиболее показательные подходы, выбранные с учётом их вклада в развитие методов и подходов к управлению движением роботов в недетерминированной среде.

Рассмотрены метод потенциальных полей, интеллектуальный подход на базе нейросетей и нечеткой логики, нейро-нечеткий метод. Обсуждаются их достоинства и недостатки.

Подробно рассмотрен метод позиционно-траекторного управления подвижными объектами, в котором для обхода препятствий используется бифуркационный параметр, пропорциональный величине расстояния до препятствия. Этот параметр позволяет переходить системе управления роботом в неустойчивый режим при обходе препятствий. Основное преимущество этого подхода заключаются в исключении процедур построения траекторий в области препятствия, так как это часто невозможно в режиме реального времени при движении робота в динамических средах.

Использование неустойчивых режимов позволяет снизить требования к блоку планирования перемещений и к сенсорной подсистеме.

Однако, возможны ситуации такого расположения препятствий, когда НР не в состоянии достичь целевой точки. Поэтому метод позиционно-траекторного управления требует дальнейшего развития с точки зрения решения проблемы обхода «ловушек», обусловленных препятствиями сложной формы.

Указанные проблемы и возможные направления их решения научно обосновывают актуальность и важность поставленных в диссертационной работе целей и задач.

Вторая глава диссертации посвящена разработке методов управления наземными роботами в недетерминированных средах с препятствиями определенного класса.

Рассматривается общий вид математических моделей движения НР, который с учетом их динамики, кинематики и исполнительных механизмов имеет вид:

где x,y – вектор внешних координат, определяющих положение НР на плоскости;

– угол, определяющий ориентацию НР; (,Vx,Vy ) – вектор уравнений кинематики НР;

M – матрица массо-инерционных параметров НР; Vx, Vy – проекции скоростей НР на оси связанной системы координат; Fu () – вектор управляющих сил и моментов, Fd – вектор нелинейных элементов динамики НР; Fv – m-вектор измеряемых и неизмеряемых внешних возмущений; – вектор управляемых координат (угол отклонения рулевого колеса, скорости вращения колес и т.п.); K –матрица коэффициентов управления; U –вектор управляющих воздействий.

Представлены базовые алгоритмы позиционно-траекторного управления подвижными объектами, используемые в системах управления НР для формирования алгоритмов позиционного, траекторного и позиционно-траекторного управления.

Разработаны методы управления, содержащие новые алгоритмы функционирования блоков обработки сенсорной информации, планирования траекторий и управления движением НР, основанные на связывании образов препятствий, нечеткой логике и понятии виртуальной целевой точки.

Рассмотрены конфигурации препятствий, порождающие тупиковые ситуации и циклические движения НР, представленные на рис. 1.

Вводится целевая функция вида:

где x, y– текущие координаты НР; xf, yf–координаты целевой точки; доп – допустимая ошибка.

Формулируется задача управления НР в недетерминированных средах:

синтезировать такие законы управления Fu и реализующие их структуры, которые бы обеспечивали перемещение НР из произвольной начальной точки A0 (x0, y0) пространства функционирования робота в заданную целевую точку Af(xA, yA), при наличии стационарных и нестационарных препятствий вида, представленного на рис.1. Эти управления должны гарантировать выполнение условия (4).

В случае необходимости могут задаваться и требования к желаемой ориентации НР в точке Af, в недетерминированной среде с препятствиями, представленными на рис. 1, с выполнением условий:

где k– количество ближайших точек, принадлежащих одному или нескольким препятствиям; Rj – расстояние до j-го препятствия;R – константа, задающая допустимое кратчайшее расстояние от характерной точки НР до любого из препятствий.

Рисунок 1 – Примеры взаимного расположения робота, цели и препятствий вида:

а) – «угол»; б) – П-образные; в) – Ш-образные; г) – близкорасположенные.

В диссертации на основе обобщенных алгоритмов позиционно-траекторного управления получены частные алгоритмы позиционного, траекторного, позиционнотраекторного управления НР, в том числе при их движении в среде со стационарными и нестационарными препятствиями.

Далее предлагаются новые алгоритмы управления движением НР в среде с препятствиями, предполагающие объединение нескольких близко расположенных образов препятствий в один выпуклый образ препятствия посредством построения дополнительных связей между ними. Алгоритмы позволяют расширить функциональные возможности позиционно-траекторных регуляторов, устраняя тупиковые ситуации, обусловленные близко расположенными препятствиями.

Предлагаемый подход демонстрируется на рис. 2. Процедура связывания образов препятствий заключается в следующем:

1. Задается максимальное расстояние между препятствиями. Критерием близости препятствий может являться характерный размер НР. Если расстояние между препятствиями такое, что НР не может между ними пройти, то они рассматриваются как единое целое препятствие.

2. После задания величины максимального расстояния между двумя препятствиями (величина D), начинается построение связей для ближайшего к НР препятствия А. Для этого осуществляется поиск препятствий, находящихся на расстоянии D от препятствия A.

Если других препятствий нет, то препятствие А считается изолированным. Если другие препятствия найдены, то строятся связи между их образами.

3. После применения данной процедуры НР необходимо обойти только одиночные выпуклые препятствия, расположенные друг от друга на расстоянии, большем D. Это гарантирует успешное решение задачи обхода препятствий применением неустойчивых по расстоянию до препятствий режимов.

4. Далее для обхода препятствий применяются неустойчивые режимы движения НР.

Использование неустойчивых режимов связано с расчетом бифуркационного параметра, изменяющего параметры системы управления НР при приближении к препятствию.

В отличие от метода позиционно-траекторного управления, при расчете бифуркационного параметра все связанные препятствия рассматриваются как одно целое с координатами (xeq,yeq) и радиусом Req, причем где RA и RB–радиусы препятствий A и B соответственно, – расстояние между препятствиями А и В.

Функциональная схема системы управления движением НР, реализующей позиционно-траекторное управление с агрегированием (связыванием) образов препятствий, представлена на рис. 3.

Рисунок 3 – Функциональная схема системы управления НР при агрегировании Предложенный алгоритм связывания образов препятствий не позволяет избегать некоторых ловушек, например представленных на рис. 1, б и в, поэтому далее в главе разрабатывается метод синтеза комбинированного управления движением наземного робота, основанный на позиционно-траекторном и нечетком управлении.

Предлагаемый метод эффективен для решения проблемы движения при наличии узких проездов и препятствий вида, представленного на рис. 1, б и в.

На рис. 4 представлена функциональная схема предложенной комбинированной системы управления движения НР, основанная на позиционно-траекторном и нечетком управлении.

Рисунок 4 –Комбинированная система управления движением мобильного робота Планировщик на рис. 4 скомбинирован с механизмом нечеткой логики и выполняет функции мобильной навигации робота в реальном времени в 2D динамической окружающей среде. Нечеткий регулятор работает, когда робот движется в узких проходах или при наличии препятствий сложной формы, когда НР попадает в ловушку.

Нечеткий регулятор для НР имеет три входа и два выхода (рис. 5).

На входы предложенного нечеткого регулятора (рис. 5) поступают расстояния между роботом и целевым местоположением, и между роботом и препятствиями, расположенными впереди, слева и справа. Выходные сигналы регулятора управляют скоростями боковых колес наземного робота. В диссертации разработаны составные функции принадлежности, представленные на рис. 6. Введены лингвистические переменные «рядом», «средне», и «далеко», применяемые для фазификации входов.

Для управления скоростью движения НР используются лингвистические переменные “быстро”, “медленно” и “средне”. На базе введенных функций принадлежности и лингвистических переменных разработано 27 нечетких правил для наземного робота с двумя ведущими колесами.

Рисунок 6 – Входные и выходные функции принадлежности Полученный комбинированный регулятор описывается выражением:

где 0 – бифуркационный параметр; Ffuzzy ( Rл, Rп, RВ ) – функция нечеткого регулятора; Rл, Rп, RВ – сигналы с датчиков левого, правого, и переднего обзора;

M – матрица массо-инерционных параметров НР; C, T, K, B, A – матрицы и векторы настройки позиционно-траекторного регулятора; Y,V – векторы измеряемых координат; tr – вектор, определяющий траекторию движения НР; Fd – вектор динамических сил и моментов; F – вектор оценок внешних возмущений.

Предложенный метод управления не гарантирует обхода препятствий для Ш-конфигурации или ловушек с «узким бутылочным горлом». В этой связи в главе предложен метод управления движением НР, использующий концепцию виртуальной целевой точки, которая формируется из координат исходной целевой точки посредством поворота вектора [xf;yf] на угол. Величина угла является функцией бифуркационного параметра, зависящего от расстояния между роботом и препятствием:

причем, координаты виртуальной точки определяется следующим выражением:

где x _, y _ – координаты виртуальной целевой точки; k – настраиваемый параметр.

В случае нарушения условия || 0,01, НР переходит в режим виртуальной целевой точки.

На рис. 7 представлено преобразование целевой точки в виртуальную, с использованием выражения (7).

Рисунок 7 – Графическое представление преобразования целевой точки в Далее в главе предложена новая функциональная схема системы управления НР с использованием концепции виртуальной целевой точки, представленная на рис. 8.

Планировщик, использующий концепцию виртуальной целевой точки, описывается выражением:

где P – вектор внешних координат НР; A3 (t ) – матрица коэффициентов, определяющих желаемую траекторию движения НР.

Тип задания Рисунок 8 – Функциональная схема системы управления НР с использованием Третья глава посвящена разработке методики проектирования компьютерного комплекса моделирования движений НР в недетерминированных средах.

Функциональная схема программного комплекса моделирования движений мобильного робота представлена на рис. 9.

Рисунок 9 – Функциональная схема программного комплекса имитационного моделирования движения мобильного робота Модуль формирования настроек эксперимента позволяет выбрать режим эксперимента, настроить параметры моделирования и задать соответствующие переменные и параметры системы управления, базирующейся на обобщенных алгоритмах и структурах, предложенных во второй главе. После определения настроек и задания целей работы данные передаются в модуль численного моделирования, где выполняется цикл моделирования, в котором участвуют модель системы управления, модель мобильного робота и модель среды. Имитационная модель наземного робота включает в себя средства численного интегрирования уравнений движения. Модель системы управления включает в себя реализацию алгоритма работы регулятора, реализующего заданный закон управления, модель планировщика, формирующего траекторию движения в соответствии с поставленным заданием. На каждом шаге цикла моделирования система управления на основе заданных параметров и текущего состояния мобильного робота, рассчитывает управляющие воздействия. Эти управляющие воздействия передаются в модель, в которой рассчитываются изменения состояния мобильного робота в результате действия управлений.

В модели среды задаются варианты недетерминированной внешней среды (лабиринт, выпуклые препятствия, угол, подвижные препятствия и т.д.).

Модуль численного моделирования формирует вектор переменных, описывающих мобильный робот на каждом шаге моделирования. В него входят координаты и скорости, управляющие воздействия, состояния системы управления, параметры внешней среды и др. Эти данные передаются в модуль накопления истории изменения переменных. Данный модуль сохраняет все данные и обеспечивает доступ к ним. Это облегчает дальнейшую обработку и анализ результатов.

По результатам эксперимента выполняется построение графиков изменения интересующих разработчика параметров.

Программный комплекс имитационного моделирования НР реализован на базе пакета программ MATLAB, включающего высокоуровневый язык программирования, широкий спектр функций, интегрированную среду разработки, объектноориентированные возможности и специальные наборы инструментов, расширяющие его функциональность.

На рис. 10–14 представлены результаты моделирования движения НР в недетерминированной среде препятствиями, с использованием изложенных во второй главе процедур.

Рисунок 10 –Моделирование траектории движения мобильного робота Рисунок 11 – Результаты моделирования обхода НР препятствий L-конфигураций с использованием комбинированного метода управления Рисунок 12 – Результаты моделирования движений НР при использовании Рисунок 13 – Поведение НР при наличии препятствий с «узким проходом»

Представленные результаты моделирования подтверждают высокую эффективность разработанных в диссертации методов управления НР для обхода определенного класса препятствий.

Рисунок 14 – Траектории движения НР при препятствиях больших размеров и Далее приведены результаты сравнения разработанных методов управления НР с известными, на основе следующих показателей: показатель безопасности, длина пути робота от стартовой точки до цели, время выполнения задания, форма препятствия. Сравнение результатов моделирования показало, что интегральный коэффициент эффективности в случае использования метода связывания препятствий повышается в 2-2,5 раза, в случае комбинированного управления в 2-3 раза, для случая использования концепции виртуальной целевой точки в 2,5-3,5 раза.

В четвертый главе диссертации на базе НР «Скиф-3», разработанного на кафедре электротехники и мехатроники Технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге, были проведены экспериментальные исследования поведения НР в недетерминированных средах, с использованием в его системе управления разработанных в данной диссертационной работе структур и алгоритмов. Обобщенная функциональная схема НР представлена на рис. 15.

Внешний вид НР представлен на рис. 16.

Робот имеет рояльную кинематическую схему, т.е. два независимо управляемых задних колеса и свободные поворотные передние колеса.

Низкоуровневый контроллер на базе МК Atmel осуществляет ПИД-регулирование скоростью вращения электрических двигателей, получая данные от фотоимпульсных датчиков оборотов вращения колес. Алгоритмы управления реализуются на бортовом одноплатном промышленном компьютере (БК) на базе процессора Celeron 1,6 GHz.

Сенсорная подсистема состоит из ультразвуковых датчиков SRF05. Телеметрическая информация посылается на наземный пункт посредством беспроводной связи Wi-Fi.

Ультразвуковой датчик предназначен для измерения расстояния до препятствий.

Выходной сигнал датчика, который обрабатывает БК, пропорционален расстоянию до препятствия.

В качестве платформы для реализации программного обеспечения бортового компьютера выбрана специализированная операционная система реального времени QNX Neutrino 6.3. Функциональная схема программного обеспечения бортового компьютера представлена на рис. 17.

Рисунок 17 – Функциональная схема программного обеспечения бортового На рис. 18 представлены результаты экспериментов по управлению движением НР в среде с препятствиями с применением алгоритмов связывания препятствий.

а) Траектория движения НР б) График изменения бифуркационного Рисунок 18– Движение НР в случае близко расположенных препятствий Результаты экспериментов с роботом «Скиф-3» подтвердили эффективность использования алгоритмов связывания препятствий для тупиковых ситуаций, возникающих в результате близкого расположения препятствий.

На рис. 19 представлены результаты экспериментов по управлению движением робота «Скиф-3» в среде с препятствиями с использованием комбинированных алгоритмов управления.

Рисунок 19 – Траектории движения НР при обходе препятствий Результаты экспериментов подтвердили высокую эффективность предложенных комбинированных алгоритмов управления, основанных на позиционно-траекторном и нечетком подходах.

На рис. 20 и 21 представлены результаты экспериментов при управлении движением робота в среде с препятствиями с использованием предложенной в данной диссертации концепции виртуальной целевой точки.

Полученные результаты также подтвердили высокую эффективность алгоритма виртуальной целевой точки при решении задач обхода препятствий U- и Ш-конфигураций, а также практическое отсутствие циклических движений НР.

Рисунок 20 – Движение робота в среде с близко расположенными препятствиями Рисунок 21 – Движение робота в среде с препятствиями U-конфигурации Отметим, что алгоритм связывания препятствий может использоваться совместно с другими алгоритмами, поэтому его преимущества могут реализовываться в любой системе управления.

В заключении работы сформулированы основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении представлены листинги программ моделирования движения робота в среде с близко расположенными препятствиями, замкнутого предлагаемыми законами управления, а также представлены акты внедрения результатов диссертации.

Основной научный результат диссертации заключается в развитии теории позиционно-траекторного управления подвижными объектами, состоящем в решении актуальной научной задачи управления движением НР в недетерминированных средах с обходом препятствий определенного класса, которая имеет важное практическое значение для автономных НР.

В процессе решения основной научной задачи установлено, что преодоление тупиковых ситуаций, возникающих при обходе препятствий сложной формы, можно осуществить за счет совместного применения неустойчивых режимов и интеллектуальных алгоритмов планирования и управления движением НР.

Разработаны алгоритмы обработки сенсорной информации, отличающиеся формированием дополнительных связей между образами препятствиями, и позволяющие устранять тупиковые ситуации, обусловленные наличием близко расположенных препятствий;

Разработан метод синтеза комбинированного управления НР в недетерминированных средах, позволяющий обходить препятствия сложной формы, и отличающийся совместным использованием детерминированных позиционнотраекторных и нечетких регуляторов;

недетерминированных средах, позволяющий избегать циклических движений робота и тупиковых ситуаций, обусловленных наличием препятствий сложных форм, отличающийся введением виртуальной целевой точки.

Разработана архитектура программного обеспечения, общие алгоритмы функционирования программно-аппаратного комплекса для исследования НР;

Проведены экспериментальные исследования системы управления перемещением НР в недетерминированной среде без предварительного картографирования зоны функционирования НР. Сравнение результатов экспериментов показало, что интегральный коэффициент эффективности в случае использования разработанных методов повышается в 2-3 раза.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях.

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Али А.С., Федоренко Р.В., Крухмалев В.А. Система управления автономным колесным роботом Скиф-3 для априори неформализованных сред // Известия ЮФУ.

Технические науки. Тематический выпуск «Перспективные системы и задачи управления». – №3(104). – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. – C. 132– неопределенной среде // Изв. КБНЦ РАН, № 1(39). 2011.С. 9 – 14.

3. Пшихопов В.Х., Али А.С. Обход локальных минимумов функции ошибки при движении робота в неопределенной среде // Известия высших учебных заведений.

Северо-Кавказский регион. Технические науки. № 6(164). 2011. С. 26 – 31.

Доклады в материалах конференций:

4. Pshikhopov V.Kh., Ahmed S. Ali. Motion control of differential wheeled mobile robot Skif-3 in unknown environments // In the proceedings of 5th Assuit International conference on mechanical engineering advanced technology for industrial production (MEATIP5). Assiut. Egypt. 2011. PP. 335-342.

5. Али А.С. Оценка методов построения траекторий автономного мобильного робота // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды IXX Международного научно-технического семинара. 2010.

Алушта, С. 24.

6. Пшихопов В.Х., Али А.С. Управление мобильными роботами в неопределенной среде с близко расположенными выпуклыми препятствиями // Труды научно-технической конференции «Искусственный интеллект и управление» (ИИУС. 186 – 189.

7. Пшихопов В.Х., Али А.С. Обход локальных минимумов функции ошибки на основе позиционно-траекторного управления при движении робота в неопределенной среде // Всероссийская научная школа «Микроэлектронные информационноуправляющие системы и комплексы» Новочеркасск, 2011. С. 175– 179.

8. Pshikhopov V.Kh., Ahmed S. Ali. Hybrid control algorithm of mobile robot motion in unknown environments // Труды международной конференции «Автоматизация управления и интеллектуальные системы и среды» (АУИСС– 2010). С. 31– 34.

9. PshikhopovV.Kh., Ahmed S.Ali. Hybrid Motion Control of a Mobile Robot in Dynamic Environments // IEEE Int. Conf. on Mechatronics 2011(ICM11). Istanbul, Turkey, 2011. Pp.540 – 545.

Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве: в работе [1,4] предложены и реализованы алгоритмы управления движением мобильного робота для следования к нестационарной цели с обходом стационарных и нестационарных препятствий; в работах [2,9] представлены комбинированные алгоритмы движения мобильного робота, основанные на позиционно-траекторном и нечетком управлении;

в работах [3,7] разработана методика построения систем управления НР в недетерминированных средах с обходом тупиковых ситуаций; в работе [6] представлены модифицированные алгоритмы управления, предполагающие формирование дополнительных связей между препятствиями, и позволяющие избегать попадания НР в точки локальных минимумов; в работе [5] представлены оценка методов построения траекторий автономного мобильного робота.



 


Похожие работы:

«Надежкин Андрей Вениаминович МОНИТОРИНГ РАБОТАЮЩЕГО МОТОРНОГО МАСЛА В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ 05.08.05 Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Владивосток – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Морской государственный университет...»

«Дяшкин Андрей Владимирович РАЗРАБОТКА МАНЖЕТНЫХ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРИ ПОВЫШЕННОМ ДАВЛЕНИИ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Волгоград - 2013 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный аграрный университет, кафедра Механика Научный руководитель доктор технических наук, профессор, Пындак Виктор Иванович....»

«ГАЛИМУЛЛИН МИНИВАРИС ЛУТФУЛЛИНОВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СКВАЖИННЫХ ПЛУНЖЕРНЫХ НАСОСОВ Специальность 05.02.13 –Машины, агрегаты и процессы (Нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2004 2 Работа выполнена на Октябрьском заводе нефтепромыслового оборудования АНК Башнефть. Научный руководитель доктор технических наук, профессор Султанов Байрак Закиевич. Официальные оппоненты...»

«АНФИЛАТОВ АНТОН АНАТОЛЬЕВИЧ СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЯ 2Ч 10,5/12,0 ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАНОЛА С ДВОЙНОЙ СИСТЕМОЙ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2009 2 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия Научный руководитель : доктор технических наук профессор Лиханов Виталий Анатольевич...»

«ИЛЬИН ВЛАДИМИР ВЛАДИСЛАВОВИЧ УДК 665.723:66.074.51 ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИХРЕВЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (нефтяной и газовой промышленности) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ухта – 2013 Диссертация выполнена на кафедре Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности Ухтинского государственного технического университета...»

«Челышев Сергей Викторович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЫТЯГИВАНИЯ АРМИРОВАННЫХ ШВЕЙНЫХ НИТОК Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна Научный...»

«Корниенко Елена Евгеньевна ПОВЫШЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПУТЕМ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ШВОВ И ЗОН ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ Специальность 05.02.01 – Материаловедение (в машиностроении) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический...»

«Тахман Симон Иосифович РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ИЗНАШИВАНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ТЕРМОМЕХАНИКИ ПОВЕДЕНИЯ ИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ РЕЗАНИИ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Специальность 05. 03. 01 – ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Москва – 2008 Работа выполнена на кафедре Металлорежущие станки и инструменты ГОУ ВПО Курганский государственный университет (КГУ). Официальные...»

«ГУПАЛОВ БОРИС АЛЕКСЕЕВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВИБРАЦИОННОЙ ПРАВКИ МАЛОЖЁСТКИХ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ДИСКОВ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2013 Работа выполнена в Новоуральском технологическом институте – филиале федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования национального исследовательского ядерного университета...»

«ШЕСТАКОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ ГАЗОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН ВО ВПУСКНОМ ТРУБОПРОВОДЕ ПРИ НАДДУВЕ ПОРШНЕВОГО ДВС Специальности: 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника; 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург – 2012 Работа выполнена в ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина на кафедрах Теоретическая теплотехника и Турбины и двигатели. Научный...»

«Уварова Стелла Германовна РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ЗАЩИТНЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ, ВЫПОЛНЕНЫХ СПОСОБОМ СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКИ НА ОБЪЕКТАХ РОСТЕХНАДЗОРА Специальность 05.02.10 –Сварка, родственные процессы и технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им.И.И. Ползунова Научный руководитель : доктор...»

«Солдатова Кристина Валерьевна МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРОВ И СОЗДАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ БАЗЫ ДАННЫХ МОДЕЛЬНЫХ СТУПЕНЕЙ Специальность: 05.04.06 – вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Санкт-Петербург – 2014 Работа выполнена на кафедре Компрессорная, вакуумная и холодильная техника Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего...»

«Имаева Эмма Шаукатовна ВИБРОНАГРУЖЕННОСТЬ ГЛУБИННОГО БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ СЛУЧАЙНЫХ КОЛЕБАНИЯХ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2003 2 Работа выполнена на кафедре нефтегазопромыслового оборудования Уфимского государственного нефтяного технического университета. Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ишемгужин Евгений Измайлович....»

«Паршута Евгений Александрович ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ И ПРОЕКТИРОВАНИИ ОБЪЕКТОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск - 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения....»

«Деркачев Виктор Владимирович СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ ДИЗЕЛЯ ВЫБОРОМ СПОСОБА ПОДАЧИ АНТИДЫМНЫХ ПРИСАДОК 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2011 1 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова Научный руководитель : Заслуженный изобретатель...»

«ФЕДОРОВ БОРИС ВЛАДИМИРОВИЧ Разработка комплекса технических средств для сооружения и освоения технологических скважин 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Республика Казахстан Алматы, 2010 Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева. Научный консультант заслуженный деятель РК, академик НАН РК доктор технических наук, профессор, Ракишев Б.Р. Официальные...»

«ЗВЕРОВЩИКОВ Александр Евгеньевич ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКЕ Специальности: 05.02.08 – Технология машиностроения; 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Пенза – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего...»

«ИСАКОВ АЛЕКСАНДР ИГОРЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ МЕРНЫХ ПАЗОВ ТОРЦЕВЫМИ ФРЕЗАМИ СО СВЕРХТВЕРДЫМИ МАТЕРИАЛАМИ С РЕГУЛИРОВКОЙ ПО ДИАМЕТРУ Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2013 1 Работа выполнена в ФБГОУ ВПО Московский государственный технологический университет СТАНКИН Научный руководитель Доктор технических наук, профессор...»

«Пирогов Дмитрий Андреевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ВЫРАВНИВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ НИТЕЙ ОСНОВЫ ПО ШИРИНЕ ЗАПРАВКИ НА МЕТАЛЛОТКАЦКИХ СТАНКАХ ТИПА СТР Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иваново - 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ивановская государственная...»

«Фролкин Антон Сергеевич СНИЖЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ СОХРАНЕНИИ МОЩНОСТНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 05.04.02 – тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2011 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова (АлтГТУ) Научный руководитель : доктор технических наук, профессор...»







 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.