CC BY
53
2. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений: пер. с англ. М.: Мир, 1976. 165 с.
3. Лохин В.М., Манько М.И. Искусственный интеллект и интеллектуальные системы управления. М.: Наука, 2006. 333 с.
N.S. Akinshin, S.K. Dyomin, D.Yu. Semizorov, S.A. Kurbatskiy
ALGORITHM OF FUZZY INTERFERENCE ON PRODUCTS IN MANAGEMENT INTELLECTUAL SYSTEM
An approach to fuzzy interference application to products by example of solving problems in choosing methods of functional task solution for a corporate management unit was offered.
Key words: intellectual control system, the person making decision, the knowledge base, indistinct logic.
Получено 20.11.12
УДК 621.395: 539.3
М.Б. Цудиков, канд. техн. наук, (4872) 350219, tsudickov. mb @yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЕ ЗА ЦЕЛЬЮ С ПОДВИЖНОГО НОСИТЕЛЯ
Рассмотрено видеонаблюдение за объектом при помощи камеры, установленной на мобильном автономном роботе (МАР) с супервизорным управлением. На устройстве отображения отслеживается положение МАР и цели. Рассмотрено воспроизведение движения цели с подвижной и неподвижной линией визирования в системе координат оператора.
Ключевые слова: мобильный робот, линия визирования, система координат.
При использовании мобильных автономных роботов широкое применение имеют системы технического зрения, а в последнее время такие системы стали снабжаться панорамными устройствами наблюдения. Создание полностью автономных мобильных роботов с системами технического зрения при приемлемой экономической эффективности невозможно. Поэтому, как показано в [1], для оперативного управления и наблюдения за окружающей местностью повсеместно используется супервизорное управление подвижным объектом, возлагающее основное принятие решений на оператора.
СТЗ панорамного обзора может быть реализовано, любым известным способом:
с помощью нескольких камер, работающих на соответствующее количество экранов, или организующих круговой обзор на одном экране в
соответствующей проекции с помощью специального математического обеспечения, например, сверху, как это реализовано на элитных автомобилях, а также по границам охраняемых объектов;
камера с поворотно-наклонным механизмом;
панорамные блоки, реализующие различные варианты объектива типа рыбий глаз».
Рассмотрим вариант с разработанными панорамными оптико-электронными устройствами наблюдения (ПОУЭН) [3,4]. Автономное устройство может заранее быть установлено в точке наблюдения или выдвигаться в заданный район по команде оператора. При этом оператор осуществляет как управление (контроль) движением, так и наблюдение за трассой. Во время движения ПОУЭН работает как простая камера с углом обзора в пределах одного кадра. Панорама может быть реализована, но при движении по пересеченной местности воспринимать такую панораму довольно затруднительно и малоинформативно. Более интересной является решение задачи непрерывного слежения за объектом на местностью с фактическим определением местоположения, т.е. при движении выбирается некоторый объект - цель наблюдения.
В реальных условиях использование автономного мобильного робота с системой технического зрения (СТЗ) для наблюдения и наведения на цель осуществляется путем анализа сложного движения последней относительно системы координат робота с СТЗ: переносное движение -движение МР; относительное движение - движение цели относительно системы координат оператора. Сам анализ осуществляется последним, принимающим решение на идентификацию объекта наблюдения. На устройстве слежения за местностью надо воспроизвести относительное движение МР с СТЗ и цели.
В силу относительности движения возможны два принципа его воспроизведения:
1. Линия визирования неподвижна в системе координат МР; ее перемещение в пространстве имитируется перемещением синтезированной фоноцелевой обстановки (ФЦО), включая и физически неподвижные элементы (элементы ландшафта, здания, сооружения, деревья и т.п.) Под ФЦО понимаем поле излучений, образованное совместно объектами и окружающим их фоном. Характеристики движения МР представляются векторной функцией времени, т.е. известны векторы скорости, ускорения, угловой скорости и углового ускорения СТЗ, неподвижной относительно МР). Определение углового положения линии визирования как одной из составляющих переносного движения осуществляется с помощью сигналов от МР.
2. В системе координат оператора неподвижны стационарные элементы синтезированной ФЦО; линия визирования перемещается в пространстве. Закон движения МР и линии визирования отчасти может быть
определен специальными датчиками, установленными на роботе.
На рис. 1 показана кинематическая схема наблюдения (сопровождения) подвижной цели с подвижного носителя.
Для анализа рассматриваются три системы координат: земная, неподвижная ОХУ7; подвижная система координат носителя 0\хуг и подвижная система координат прибора наблюдения О^г^. Начало земной системы выбирается произвольно; ось У направлена по вертикали; оси X, Ъ выбираются ортогональными так, что образуют с осью У правую систему (т.е. их единичные векторы связаны соотношениями: 1г=1х х 1у; 1х=1у х 12; х 1х; 1х • 1у=0; 1х • 1у * Начало системы координат но-
сителя выбирается в центре масс носителя; ее координатные плоскости удобно выбрать следующим образом: плоскость хС^у проходит через центр тяжести ортогонально плоскости движителей (гусениц или колес) в направлении движения вперед; плоскость уО\Ъ проходит через центр тяжести ортогонально хО^; плоскость хО^ проходит через центр тяжести ортогонально первым двум. Единичные векторы обозначаются \я; они удовлетворяют тем же соотношениям, что и орты неподвижной системы координат. Система координат прибора наблюдения 02^г|£
Рис. 1. Векторный многоугольник сопровождения цели
выбирается так, чтобы ось 02£, совпадала с линией визирования (осью наблюдения прибора), плоскость 022,г| была бы вертикальной при установке прибора на горизонтальной плоскости, плоскость 02г|^ перпендикулярна оси 022, и плоскости 02^г|. Начало системы координат - точка 02 - фокус объектива системы наблюдения. Единичные векторы системы обозначим е^, еп, е^.
Очевидно, что векторы места Кн, Кц являются заданными, произ-
вольными непрерывными функциями времени (в неподвижной системе координат); вектор RНП - постоянен в системе координат носителя. Тогда положение системы координат прибора относительно носителя следует определять только вектором конечного поворота, т.к. ее начало фиксировано вектором RНП, модуль которого есть мгновенное расстояние (дальность) от носителя до цели.
Из рисунка очевидно инвариантное векторное равенство - условие сопровождения цели:
КЦ = КН + КНП + КПЦ , (1)
на основании которого можно составить математическую модель кинематики системы наблюдения.
При воспроизведении движения по первому принципу, при неподвижной линии визирования, система координат наблюдателя есть О^пС Тогда вектор места цели в данной системе координат определяется следующим образом:
КПЦ = КЦ - КН - КНП . (2)
Рассматривая движение цели как сложное, получим для абсолютной скорости цели [2]:
Уц = Уц + Уд, (3)
где введены переносная и относительная скорости:
Уц = У0г +фП хиПЦ . (4)
Относительная скорость подлежит определению из (4). В формуле (4) скорость точки О2 определяется по известной формуле распределения скоростей в абсолютно твердом теле [2]:
Уо2 = УОх + ®Н х иНП . (5)
Полная угловая скорость прибора определяется по теореме о сложении вращений [2]:
&П =®Н +®п. (6)
Здесь юН - угловая скорость носителя, юП0 - угловая скорость поворота прибора относительно носителя. Обе эти векторные величины определяются независимо: первая - движением носителя по сложному рельефу, вторая - действиями механизмов горизонтального и вертикального наведения. Окончательно относительную скорости цели в системе координат оператора определим, подставляя в (3) выражений (4) - (6):
уц = уц -Уо1 -®н хкНП+ ®П)хКПЦ . (7)
Используя формулу Кориолиса [2]
а = ае + аг + ас, ас = х Уг,
можно определить и ускорение цели:
ац = ао2 +^П х К ПЦ + 2®П х УЦ + ац , (8)
где 8п - полное угловое ускорение прибора, определяемое как первая производная от полной угловой скорости прибора (6) по времени, а обозначает вектор ускорения,
ао2 = ао1 + 8Н хКНП +®Н х®Н хКНП . (9)
Таким образом, полностью определены кинематические характеристики цели в системе координат наблюдателя. В дальнейшем движение цели можно рассматривать в неподвижной системе координат О^пС, причем ее положение, скорость, ускорение определены формулами (2), (7) -(8).
При подвижной линии визирования все кинематические рассуждения проводятся в неподвижной координатной системе, т.е. рассматриваются абсолютные положения, скорости, ускорения. Движение цели определяется независимо от движения носителя и прибора, а положение линии визирования (при слежении за целью) определяется проекциями ее единичного вектора
t ПЦ = ид, (10)
где О - дальность, на оси неподвижной системы координат.
Таким образом, предложены и математически обоснованы два варианта наблюдения за целью с помощью подвижного робота с СТЗ: с неподвижной и подвижной относительно изображения ФЦО линией визирования.
Список литературы
1. Андреев А.П. Разработка новых принципов построения информационно-измерительных систем технического зрения мобильных роботов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МГУПИ, 2011. 35 с.
2. Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: Физматгиз, 1962. 862 с.
3. Пат. № 2355005 РФ, МПК G02B 26/10 (2006.01). Устройство для кругового сканирования / Живов Е.А., Ларкин Е.В., Летяго А.Г., Пряд-ко В.И., Стоналов С.В., Утехин А.Н., Цудиков М.Б.; заявитель и патентообладатель ООО ТПП «Конус», Тула. 2007128502/28(031035); заяв. 24.07.2007; опубл.10.05.09, бюл. № 13.
4. Пат. на полезную модель № 88822 РФ, МПК G02B 26/10 (2006.01). Устройство для кругового сканирования. / Акименко Т.А., Горбунова О.Ю., Ларкин Е.В., Летяго А.Г, Цудиков М.Б.; заявитель и патен-
тообладатель ГОУ ВПО Тульский государственный университет, Тула. № 2009131383.22; заявл. 17.08.09; опубл. 20.11.09, бюл. №32.
M.B. Tsudikov
VIDEO SURVEILLANCE BEHIND THE PURPOSE FROM THE MOBILE CARRIER
Video monitoring of an object by video camera mounted on mobile stand-alone robot with supervisory manning is considered. Location of the mobile stand-alone robot and target is displayed. Reproduction of target's movement with shaky and fixed sight line in operator's axis system is considered.
Key words: mobile robot, sight line, axis system.
Получено 20.11.12
УДК 519.9.62.50
А.В. Демидова, асп., 8-920-273-82-59, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Е.А. Семенчев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-19-80, s 1 e2m3 @mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ В ПРОСТРАНСТВЕ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ НА ОСНОВЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО АЛГОРИТМА
Рассматривается имитационная модель перемещения автономного интеллектуального объекта в пространстве при наличии препятствий, реализующая универсальный управленческий алгоритм. В основу алгоритма положен закон сохранения двойственных отношений. Описаны функциональный состав модели и ее организационная структура. Анализируются результаты имитации перемещения различных типов объектов: человекоподобного робота, произвольного автономного робота-аппарата, робота-автомобиля.
Ключевые слова: интеллектуальный автономный объект, универсальный алгоритм перемещения, крестообразующие двойственные пары.
В настоящее время актуальны разработки по автопилотированию земного, воздушного, морского транспорта с помощью роботов и робото-технических систем. Решениям данных вопросов посвящены многочисленные работы и исследования в разных областях науки. [например, 1, 2, 3]. Однако основной проблемой остается создание регулятора, способного вырабатывать управляющие воздействия эффективные на огромном мно-
