CC BY
213
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Herr H., Wilkenfeld A., Blaya J. Patient-adaptive prosthetic and orthotic leg systems. //Proceedings of the 12th Nordic Baltic Conference on Biomedical Engineering and Medical Physics. 2002 June. Reykjavik. Iceland P.123-128.
2. Herr H., Dennis B. A swimming robot Actuated by Living Muscle Tissue. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 2004 (In press).
3. http://biomech.media.mit.edu.
4. http://bleex.me.berkeley.edu/media.htm.
5. Садовничий BA., Александров В.В., и др. Математическая модель каналово-отолитовой реакции на поворот вестибулярного аппарата в гравитационном поле. //Фундаментальная и прикладная математики. 2005. Т.11. №7. С.207-220.
6. Maeda, T., Ando, H. & Sugimoto, M. 2005, Virtual Acceleration with Galvanic Vestibular Stimulation in Virtual Reality Environment. 289 p.
7. Гориневский Д. М., Формальский А. М., Шнейдер А. Ю. Управление манипуляционными системами на основе информации об усилиях. - М.: Физматлит, 1994 - 368 с. (См. также Gorinevsky D.M., Formal’sky A.M., Schneider A.Yu. Force control of robotics systems. CRC Press, Boca Raton, New York. 1997.)
8. . ., . .
отображением усилий // Изв. АН. Теория и системы управления, 1996. №1. С.150-158.
9. Садовничий В.А., Григорьев AM., Окунев Ю.М., Соколов М.Э., Буданов B.M., Мартыненко ЮТ. Искусственный тактильный механорецептор. Теория, опыт создания, экспериментальная апробация //Технология живых систем. 2005. Т.2. № 4-5. С.3-10.
10. Moy G., Wagner C., and Fearing R. S. A compliant tactile display for teletaction, Proceedings 2000 ICRA. IEEE Int. Conf. on Robotics and Aut., Piscataway, NJ, USA. 2000.
11. . ., . ., . ., . ., . .
// - .
2005. 4. .24-28.
12. . ., . ., . . -
// , -
ция, управление. 2003. № 10. C.26-28.
13. Новожилов КВ. Фракционный анализ. - М.: МГУ, 1991. - 190 с.
14. Новожилов Н.В., Кулаков Г.П. , Балабанов П.Н., Тумкин СВ. К оценке влияния скоростей потоков крови, диализирующего раствора и качества полупроницаемой мембраны на эффективность диализа // Мед. Техника. 1977. № 2. С.24-29.
УДК 681.51: 007.52: 631.324
В.С. Лапшов, ВЛ. Носков, И.В. Рубцов
НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва [email protected]
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И СОЗДАНИЯ ПОЛУАВТОНОМНЫХ И АВТОНОМНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Как показал отечественный и зарубежный опыт разработки и использования мобильных робототехнических комплексов (МРК), особенно МРК военного и спе-
,
имеют ряд принципиальных недостатков и ограничений, основными из которых :
♦ к каналу связи предъявляются повышенные требования по надежности, обусловленные необходимостью непрерывного участия человека-оператора в процессе управления;
♦ радиус действия дистанционно упр авляемого МРК ограничен зоной уверенного радиообмена между пультом и объектом управления;
♦
.
Поэтому дальнейшее развитие мобильной робототехники, позволяющее преодолеть отмеченные выше принципиальные ограничения и недостатки дистанци-,
функций, выполняемых человеком-оператором, бортовым средствам. Такая «ин-
»
следующих основных задач:
♦
;
♦ определение текущих ко ординат и ориентации МРК;
♦ формирование оперативной (локшьной) и тактической (глобальной) моделей внешней среды с учетом оперативной (показания бортовых датчиков и сенсоров) и априорной (картографические данные) информации о
;
♦
;
♦ отработка планируем ых траекторий движения;
♦ контроль и диагностика программно-аппаратных средств бортовой системы управления и двигательной установки.
В настоящее время в НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана разработаны методы и алгоритмы, а также созданы бортовые программно-аппаратные средства, обеспечивающие автономное целенаправленное движение МРК внутри помещений и в условиях естественной среды [1,2]. Работа данных средств экспериментально проверена в реальных условиях в составе действующих МРК, представленных на .1. -монстрируем их работу в реальных условиях.
МРК для помещений - а) и цеха - б), МРК для естественной среды в)
Рис.1
Геометрические характеристики зоны маневрирования дистанционно определяются СТЗ, созданной на базе ЗБ-л^ерного сенсора [3], позволяющего получать дальнометрические изображения внешней среды перед МРК (см. рис.2) в телесном угле четверть сферы, в диапазоне дальностей 0^50м, с точностью не хуже 5см, с подробностью ~10 по обоим углам сканирования (^имуту и возвышению), с частотой 1Гц. По дальнометрическим изображениям в соответствии с законами ска,
геометрическая модель внешней среды. Затем выполняется классификация данной геометрической модели по критерию проходимости с учетом кинематических и динамических характеристик данного объекта управления и формируется формальная модель внешней среды. Эта модель представляется в виде плоского однородного графа или графа со взвешенными ребрами и может быть использована для нахождения локальной траектории движения, безопасной для данного объекта управления
Задача поиска локальной траектории сводится к нахождению на модели-графе связной последовательности вершин и ,
движения зоне и удовлетворяющей какому-либо критерию. Например, - критерию минимума суммы весов ребер, входящих в ,
нахождению кратчайшей траектории, если в качестве весов ребер приняты соответствующие расстояния в плоскости перемещений. На рис.2 приведены результаты работы описанных выше подсистем МРК, изображенного на рис.1,в), при выезде его . -дены: фотопанорама локальной зоны, ее геометрическая модель в проекции на плоскость перемещений и формальная модель с локальной траекторией движе-,
безопасный выезд из ангара. Как видно из , -ность сканирования составляет примерно 10
( - 1 ),
выявлять не только отдельные явно выра-
,
реальные рельефы (см. на рис.2 вертикальное сечение геометрической модели).
2 , 10-12 -, -зволяет обеспечить движение со скоростями до 10-15 км/час (время обработки
,
на ЭВМ типа РЕЭТШМ II на порядок меньше и его можно не учитывать).
Работа программных модулей формирования локальной модели и планирования локальной траектории проверена не только в стационарных условиях, но и в динамически изменяющейся среде с подвижными препятствиями. На рис.З приве-
Рис.2
ден результат формирования локальной модели и планирования локальной траектории выезда из ангара при перемещении перед МРК человека. Здесь человек (человек на локальной модели отображается в виде красного пятна) удаляется от объ-,
безопасная локальная траектория (дая ситуации на рис.З. б) траектории не сущест-, . . ).
а б в
Рис.3
Планирование тактической траектории выполняется на тактической модели, представляемой в виде глобального графа, который автоматически строится по картографической базе данных (КБД) с учетом начального (текущего) и целевого положений объекта управления. КБД формируется заранее с участием человека и заносится в память МРК. Исходными данными для формирования КБД является цифровая карта района маневрирования и потенциальные возможности МР.
На рис. 4 показан фрагмент цифровой карты местности (решьной зоны ма-
3 2 2), .
изображены вершины глобального графа и найденная на нем тактическая траекто-.
, , использовался соответствующий критерий и данные о сети дорог в районе манев-.
Рис.4
Навигационная система МРК создана на основе комплексирования средств
, . ,
применяются методы экстремальной навигации по дальнометрическим изображениям внешней среды [5]. Комплексное использование различных систем и методов , -ствами при функционировании МРК в условиях пересеченной местности, города и индустриальной среды (в том числе в помещениях). На рис.5 приведены данные из протокола заезда - телевизионные и дальнометрические изображения для трех различных моментов движения. Длина пройденного пути составила =60м, в процессе движения делался поворот на =90°. При проезде бордюра возникали крен и дифферент до =4°. На рис.6. приведен результат работы навигационной системы по серии дальнометрических изображений. Здесь приведено телевизионное изображение в конечном положении и объединение по результатам решения навигационной задачи более двух десятков дальнометрических изображений (горизонтальная ), . -темой дискретные местоположения МРК показаны точками, а его ориентация -.
Рис.6
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лакома НА., Носков В.П., Рубцов ИВ., Лундгрен Я.-О. Моор Ф. Опыт использования элементов искусственного интеллекта в системе управления цехового транспортного робота // Мехатроника. №4. 2000. С. 44-47.
2. . ., . .
мобильных роботов // Мехатроника. №12. 2006. С. 21-24.
3. . ., . ., . .
автономного движения // Сб. Оборонная техника. - М: НТЦ "Информтехника". 2001. -С.34-39.
4. . ., . . . -
модели проблемной среды в условиях пересеченной местности. // Сб. научн. тр. Управление движением и техническое зрение автономных транспортных роботов. - М: ИФТП. 1989. - С. 61-69.
5. . ., . . -
ях. //Сб. «Мобильные роботы и мехатронные системы» - М.: Изд-во МГУ, 2001. -С.179-192.
6. . ., . . -
бражениям // Мехатроника. №12. 2006. - С. 16-21.
