Инерциальная навигация мобильных роботов - Дипломная работа

За последние десятилетия мировая робототехника и технологии, связанные с ними, развиваются стремительными темпами, приобретая все большую возможность использования роботов в различных областях человеческой деятельности. Это позволяет не только улучшить управление движением робота (например, повысить точность), но и создавать системы повышенного уровня адаптивного управления, что открывает новые возможности для использования роботов. С другой стороны, в настоящее время в большинстве случаев человек оказывается причиной дорожно-транспортного происшествия. Поэтому современные автомобили оснащаются широким перечнем электронных технологий, призванных помогать водителю, которые известны как технологии автономного вождения и служат для того, чтобы свести к минимуму влияние человеческого фактора ошибок, которые могут привести к дорожно-транспортному происшествию. Сейчас разработчики систем с использованием искусственного интеллекта могут оснастить свои творения системой навигации GPS, видеокамерами и множеством дополнительных детекторов, в результате чего возможности современных роботов увеличиваются. Навигация в робототехнике имеет ряд существенных особенностей, не позволяющих использовать навигационное оборудование для иных объектов (автомобилей, кораблей, самолетов и пр.) с достаточной эффективностью. Поэтому каждый раз, обеспечивая навигационными возможностями мобильный робот, приходится применять несколько различных навигационных средств, заново решая задачи комплексирования и обработки информации, учета особенностей кинематики и динамики объекта и т.д. Одновременно с работой над компасами возникла идея создания систем инерциальной навигации, в которых текущее местоположение движущегося объекта определяется интегрированием измеряемых на борту ускорений. Для успешной навигации в пространстве система робота должна уметь строить маршрут, управлять параметрами движения (задавать угол поворота колес и скорость их вращения), правильно интерпретировать сведения об окружающем мире, получаемые от датчиков, и постоянно отслеживать собственные координаты. Для реализации поставленной задачи необходимо: а) провести анализ различных видов навигации; б) составить карту местности; в) произвести коррекцию траектории движения робота; г) спланировать оптимальный маршрут движения, ведущего к цели; д) реализовать управление локальными перемещениями по выработанному маршруту; е) реализовать обход дополнительно выявляемых в ходе движения препятствий и опасных мест. В качестве примера рассмотрим робота для использования в чрезвычайных ситуациях (МРИЧС). Далеко не всегда условия окружающей среды позволяют человеку выполнять то или иное действие непосредственно. Оптико-электронная схема, обеспечивающая решение данной задачи, состоит из объектива с переменным фокусным расстоянием (трансфокатора), электронного блока, управляющего камерой, механизма, реализующего наклон или поворот камеры, а также системы распознавания ориентира. При этом каждый уровень навигации хранит карту своей рабочей зоны робота и имеет специальные видеодатчики с соответствующими визуальными возможностями [7]. 1.3 Гонка «Крепкий орешек» В феврале 2003 г. DAPRA объявила о проведение 13 марта 2004 г. гонки автомобилей - роботов «Крепкий орешек». В день гонки данные о фактической трассе были переданы по высокоскоростной линии связи центру управления «Красной команды», где армия компьютеров рассчитала оптимальный маршрут, опираясь на предварительные оценки сложности рельефа.