Разработка и проектирование устройства для слежения за местонахождением и передвижением робототехнического комплекса для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Решетнеескцие чтения. 2015

ции набора данных. В его памяти хранится совокупность пар «запись, класс»: запись - последовательность координат ключевых точек руки пользователя во времени, класс - уникальный идентификатор данной последовательности (целое число, хеш-сумма, подсчитанная на этапе создания нового жеста). Алгоритм во время своей работы принимает на входе обработанный и приведенный к совместимому формату сигнал с инфракрасного датчика, относит данный сигнал к некоторому классу (либо ни к одному из них) и на выходе выдает следующий результат: класс жеста (0 в случае несоответствия ни одному из них) и степень соответствия.

В качестве распознавателя может использоваться алгоритм-классификатор, который:

- должен быть подвержен машинному обучению;

- способен обрабатывать матрицы со строками одинаковой размерности;

- способен обрабатывать матрицы различной длины.

Полученные с датчиков данные ни в коем случае не могут быть похожи друг на друга, даже если это два максимально идентичные друг другу движения. Алгоритм должен быть устойчив к колебаниям входных данных в определенных диапазонах, обеспечивая при этом высокую точность распознавания. Добиться этого позволяет обучение алгоритма распознавателя на схожих примерах одного и того же движения, причем, чем больше будет повторений, тем выше будет точность.

В то же время, данные из видеопотока могут иметь различную длину: раньше/позже началась/закончилась запись, изменилась дискретность записи, добавились шумы и т. д.

В системе будут использоваться скрытые марковские модели (СММ/НММ) [1] и алгоритм Dynamic Time Warping (DTW) [2], так как они полностью соответствуют данным требованиям. Планируется провести исследование результатов работы алгоритмов с

целью определения их поведения в различных ситуациях.

В качестве устройств ввода будет использоваться комплект Intel RealSense, оснащенный камерой глубины, способный записать в реальном времени, обработать видеоизображения и создать в памяти компьютера скелетную модель руки пользователя [3].

Разрабатываемая библиотека будет иметь возможность переключения «на лету» между устройствами ввода, алгоритмами распознавания, их конфигурациями и конкретными моделями распознавателей, обученных разными наборами данных.

References

1. Wilson Andrew D., Bobick Aaron F. Hidden Markov Models for Modeling and Recognizing Gesture Under Variation. URL: http://research.microsoft.com/en-us/um/people/awilson/publications/old/ijprai.pdf (accessed: 31.8.2015).

2. Gillian Nicholas, Knapp R. Benjamin, O'Modhrain Sile. Recognition Of Multivariate Temporal Musical Gestures Using N-Dimensional Dynamic Time Warping. URL: http://www.nickgillian.com/papers/Gillian_NDDTW. pdf (accessed: 31.8.2015).

3. Stan Melax, Leonid Keselman, Sterling Orsten Dynamics Based 3D Skeletal Hand Tracking // Graphics Interface Conference (29-31 May 2013, Regina, Saskatchewan, Canada). URL: http://lkeselman.com/wp-content/uploads/2013/01/p63-melax.pdf (accessed: 8.31.2015).

4. Microsoft Research Fully Articulated Hand Tracking. URL: http://research.microsoft.com/en-us/ projects/handpose/ (accessed: 4.9.2015).

5. Intel RealSense Overview. URL: http://www.mtel. eu/content/www/eu/en/architecture-and-technology/realen-se-overview.html (accessed: 4.9.2015).

© Канашкин А. А., 2015

УДК 621.37

РАЗРАБОТКА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЛЕЖЕНИЯ ЗА МЕСТОНАХОЖДЕНИЕМ И ПЕРЕДВИЖЕНИЕМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

С. А. Клешнина, В. Ю. Клешнин

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: [email protected]

Описываются этапы разработки и проектирования устройства для слежения местонахождения и передвижения робототехнического комплекса. Рассмотрены основные принципы построения данного устройства. Составлена структурная схема устройства и представлена её реализация в программе Altium Designer.

Ключевые слова: робототехнический комплекс, бестраншейная прокладка подземных коммуникаций, абсолютный датчик ориентации.

Информационно-управляющие системы

DESIGN AND DEVELOPMENT OF THE DEVICE FOR MONITORING THE LOCATION AND MOVEMENT OF THE ROBOTIC SYSTEM FOR TRENCHLESS LAYING OF UNDERGROUND COMMUNICATIONS

S. А. Kleshnina, V. Yu. Kleshnin

Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: [email protected]

The article describes the design and development of a device for tracking the location and movement of the robotic system. The basic principles of this equipment are discussed. Block diagram and its implementation in the Altium Designer are shown.

Keywords: robotic system, trenchless laying of underground communications, absolute orientation sensor.

Разработанное устройство входит в робототехни-ческий комплекс, предназначенный для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, отвечает за определение его местонахождения, что важно для корректной работы при прокладке коммуникаций под землёй. В устройстве можно выделить основные блоки: абсолютный датчик ориентации, блок управления, блок питания, датчик температуры.

В качестве абсолютного датчика ориентации используется 9-осевой датчик BMX055 компании Bosch Sensortec, имеющий 20-выводной LGA-корпус размерами 3x4,5x0,95 мм [1]. BMX055 объединяет в себе три высокоточных трёхосевых датчика: акселерометр, геомагнитный датчик, гироскоп [2], что позволяет получать точные данные об угловой скорости, ускорении и данные геомагнитных измерений [3].

Управление разработанным устройством осуществляется микроконтроллером от компании Atmel, в задачи которого входит передача информации через интерфейсы связи, контроль температуры, пи-таюших напряжений и положения комплекса. Связь

обеспечивается посредством интерфейсов RS485, USB [4].

Для связи микроконтроллера с датчиком температуры и датчиком ориентации используется последовательный интерфейс SPI [5].

В качестве вторичного источника питания в данном устройстве используется микросхема, производимая компанией National Semiconductor, которая имеет защиту от короткого замыкания, тепловую защиту и обеспечивает точность выходного напряжения в пределах ±1 %.

Структурная схема устройства слежения за место -нахождением и передвижением робототехнического комплекса для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций представлена на рис. 1.

Устройство разрабатывалось в программном обеспечении Altium Designer, полученная 3Б-модель платы представлена на рис. 2.

На данный момент устройство изготовлено, идет процесс написания программного обеспечения и отладки макетного образца.

Рис. 1. Структурная схема разработанного устройства

Решетнееские чтения. 2015

S2 * Ш

it J

ю SI

Т1 I

din ГГ&.05Й0-101

R*v.0lO

HD о

- а-! и

Рис. 2. 3Б-модель печатной платы

References

Библиографические ссылки

1. BMX. Small, versatile 9 - axis sensor module [Electronic resource]. URL: http://www.mouser.com/ ds/2/621/ BST-BMX055-DS000-01v2-371988.pdf (date of visit: 31.8.2015).

2. Сысоева С. Мобильные МЭМС - датчики инерции. Стандарты де-факто и новые шаги производителей [Электронный ресурс] // Компоненты и технологии. 2013. № 1. URL: http://kit-e.ru/assets/files/pdf/ 2013_1_9.pdf/ (date of visit: 31.8.2015).

3. Датчики, МЭМС и другие электронные инновации [Электронный ресурс]. URL: http://www.innova-tionsinsightmag.com/ (date of visit: 31.8.2015).

4. RS-485 [Электронный ресурс]. URL: https:// ru.wikipedia.org/wiki/RS-485 (date of visit: 31.8.2015)/

5. Serial Peripheral Interface [Электронный ресурс]. URL: https ://ru. wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_ Interface (date of visit: 31.8.2015).

1. BMX. Small, versatile 9 - axis sensor module [Electronic resource]. URL: http://www.mouser.eom/ds/2/ 621/BST-BMX055-DS000-01v2-371988.pdf (accessed: 8.31.2015).

2. Sysoev S. Mobile MEMS - sensors inertia. De facto standard for manufacturers and new steps / components and technologies [Electronic resource]. 2013. № 1. URL: http://kit-e.ru/assets/files/pdf/2013_1_9.pdf/ (accessed: 8.31.2015).

3. Sensors, MEMS, and other electronic innovations / [Electronic resource]. URL: http://www.innovationsin-sightmag.com/ (accessed: 31.8.2015).

4. RS-485 / [Electronic resource]. URL: https://ru. wikipedia.org/wiki/RS-485 (accessed: 31. 8.2015).

5. Serial Peripheral Interface / [Electronic resource]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_ Interface (accessed: 31.8.2015).

© K^emHHHa C. A., K^emHHH B. M., 2015

УДК 004.434

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ

Н. А. Космынина1, А. А. Лапин1, А. И. Легалов2

1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: [email protected]

Представлено описание разработанного языка управления космическими аппаратами, инструментальных средств управления, а также системы автоматизированного создания сценариев управления на основе анализа эксплуатационной документации.

Ключевые слова: сценарии управления, язык управления космическими аппаратами, процесс управления космическими аппаратами.