Компьютерное моделирование движения МКР

Компьютерное МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МКР

 

Е.В. Филиппова

Тульский государственный  университет

г. Тула, 8-920-747-93-27, kisskin@bk.ru

 

Робототехнические системы  характеризуются повышенной мобильностью, активным взаимодействием с внешней средой, расширенными способностями приспособления к сложному, неопределенному и подвижному окружению. Высокие качественные характеристики и подвижность так называемых мобильных колесных роботов (МКР) используется для выполнения целого ряда нетривиальных операций, таких как обход препятствий, проникновение в труднодоступные зоны, выбор удачного подхода к внешним объектам и прецизионное движение по сложным криволинейным трассам с сохранением требуемой ориентации в пространстве.

Подвижные безрельсовые роботы известны и используются достаточно давно в различных областях человеческой деятельности.  Приспособленные к самостоятельному перемещению в рабочем пространстве, предназначаются для автоматической транспортировки разнообразных предметов, экологического мониторинга, предотвращения чрезвычайных ситуаций, разведки, сбора информации об объектах различного назначения.

Автономный подвижный  робот является сложной управляемой  электромеханической системой, состоящей  из ходовой части и многоуровневой системы управления движением. В  нем одновременно протекают механические процессы - движение робота - и информационные процессы - обработка сигналов измерительных устройств и формирование управляющих сигналов.

Компьютерное моделирование  позволяет решить такие задачи, как  эмуляция движения конкретного робота на различных местностях; конструирование роботов, способных выполнять необходимые операции в определенных условиях.

Движение робота обуславливается большим количеством факторов, а именно характеристиками модели робота,  его дополнительным оснащением, начальным положением робота, типом исследуемой местности и рельефом. Таким образом, процесс движения мобильного робота сводится к постоянной оценке местности с использованием камеры; обработке и распознаванию полученных сигналов, принятию решений на основе полученных данных о дальнейших действиях.

Для того чтобы решить задачу синтеза системы управления, требуется знание всех текущих переменных состояний робота, которые впоследствии обрабатываются и на основе этого  делаются выводы соответствующие поставленной задаче.

Процесс моделирования  движения робота реализуется в среде Delphi7.

Моделирование движения робота реализуется в зависимости от заданных условий. Пользовательский интерфейс позволяет устанавливать и регулировать параметры.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Окно – описание модели робота

Ходовая часть робота может быть колесной или гусеничной. Выбор типа ходовой части определяется характером местности, на которой преимущественно будет использоваться робот. Наиболее распространенной конструктивной схемой мобильных колесных роботов является четырехколесная компоновка. Такие транспортные системы обладают высокими эксплуатационными качествами на ровных твердых поверхностях (например, в городских условиях).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 Окно – программа  робота

       

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Предварительная  калибровка камеры

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4 Окно – оснащение  робота

Выше отмечалось, что  выбор типа ходовой части определяется характером местности, на которой преимущественно будет использоваться робот. Классификация может быть произведена по значению измеренной корреляционной функции в разных точках. Первый параметр корреляционной функции, который может быть положен в основу классификации - значение  функции - K_­m при m = 0. В этой точке K_­m дает дисперсию микронеровностей дороги. Однако дисперсия имеет размерность квадрата расстояния, поэтому дороги принято различать по среднеквадратичному отклонению, т.е. по значению .

Согласно существующим источникам дороги различаются следующим образом: дороги первого класса, у которых £ 0,1 м; дороги второго класса, у которых  0,1 £ £ 0,2 м; дороги третьего класса, у которых > 0,2 м. Дороги, у которых > 0,2 м, встречаются редко, в городских условиях большинство дорог можно отнести к первому классу, а в полевых условиях - ко второму.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5 Окно – генератор  ландшафта 

 

 

 

          

 

 

Рис. 6 Окно – настройка  имитации

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7 Окно – выходные параметры

Программа моделирования движения робота дополняет модуль распознавания образов. Таким образом, конечным результатом работы будет являться комплексная система движения мобильного колесного робота. Моделирование и вычислительные эксперименты позволяют повысить эффективность исследований динамических свойств колесных роботов и проанализировать различные варианты стратегий и схем управления. Моделирование является основой построения макета системы управления и его усовершенствования по результатам натурных испытаний в реальных условиях.

Список литературы

1. Ларкин Е. В., Акименко Т. А., Луначарский О. А.. Моделирование движения автономных колесных транспортных средств: Монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011 - 160 с. ил.
2. Мартыненко Ю. Г. Управление движением мобильных колесных роботов// Фундаментальная и прикладная математика. – 2005. - т. 11, № 8 -  М.: Центр новых информационных технологии МГУ. – С. 29 – 80.

3.      http://shavrobots.blogspot.com