Глава 3. Системы очувствления и понимания интеллектных суд мр.

3.1 Системы технического зрения (стз).

3.1.1 Задачи и структура систем технического зрения.

Функциональное назначение СТЗ зависит от конкретных условий применения робота и поэтому разнообразно. Наиболее типичными функциями являются: распознавание и регистрация наличия наблюдаемых объектов в поле зрения датчика внешней видеоинформации МР (видеосенсора); подсчет их числа, определение их местоположения и ориентации, геометрических и физических параметров, измерение скорости наблюдаемых объектов; обнаружение препятствий и обеспечение информации для задания коррекции траектории робота в адаптивном режиме; навигация и наведение мобильных роботов; контроль правильности выполнения операций; привязка системы координат робота к системе координат рабочего пространства; обеспечение требований техники безопасности.

Создание СТЗ робота, отвечающей ее конкретному функциональному назначению, включает в себя следующие этапы: постановку задачи и составление технического задания; выбор структурной и функциональной схем; математическую формулировку задач функциональных блоков; разработку алгоритмов и выбор средств их реализации; разработку аппаратно - программного обеспечения

Общая функциональная схема очувствления робота, снабженного СТЗ, представлена на рис3.1 .

Информация от СТЗ может поступать на различные уровни системы управления. Данные о расположении препятствий передаются на высший уровень для создания модели внешней среды и планирования действий робота. Результаты распознавания объектов поступают на стратегический уровень для разбиения общего плана на конкретные операции определения их параметров и последовательности. Сведениями о местоположении и ориентации объектов снабжается тактический уровень, для формирования требуемых движений робота и его рабочих органов. Информация об отклонениях траектории используется на исполнительном уровне для выработки управляющих сигналов перемещения робота и его рабочих органов.

Информация в системах управления мобильных роботов используется по одному из следующих вариантов:

- изменение последовательности жестко запрограммированных действий;

- адаптивная коррекция траектории в зависимости от отклонений мобильного робота от требуемой траектории;

- адаптивное формирование маршрута мобильного робота в реальном времени по данным текущего осмотра местности;

Исходя из функционального назначения СТЗ, осуществляется выбор ее структурной схемы. Один из возможных вариантов структурной схемы СТЗ представлен на рис3.2.

По информации видеосенсоров о внешней среде СТЗ формирует модель внешней среды (МВС) в виде описания модели восприятия. МВС периодически обновляется. Известны два типа представления МВС: числовой и семантический. Числовые проще реализуются, но не обладают достаточной гибкостью в изменяющихся условиях. Семантические МВС позволяют использовать обширные сведения априорно. Такие МВС наиболее целесообразны для частично организованной среды. Главной особенностью СУД является необходимость получения МВС в условиях движения МР в неорганизованной среде, когда объекты по маршруту следования заранее не известны как по величине и форме, так и по типу. Различают обобщенные локальные модели (ОЛМ ВС), строящиеся в системе координат, связанной с местной вертикалью, и частные модель (ЧМ ВС), строящиеся в системе координат, связанной с системой СТЗ, или с опорной поверхностью (в случае движения по дорогам). МВС используется для определения безопасной и целесообразной траектории движения МР с помощью алгоритмов СУД.

Задача прокладки маршрута МР решается на уровне глобального и локального планирования. На глобальном уровне используется априорная глобальная модель (ГМ – укрупненное описание внешней среды). Текущая локальная информация об изменениях среды используется при локальном планировании. Процесс построения и уточнения ОЛМ представлен на блок-схеме рис3.3.

Здесь с целью исключения искажений от косоугольности и экранирования (непросматриваемости) комплексная система КСТЗ включает в свой состав несколько СТЗ с взаимодополняющими характеристиками, обеспечивающими наиболее полную и достоверную информацию о внешней среде и ее изменениях при движении МР.

Частная модель, отражающая происходящие в процессе движения МР изменения внешней среды, позволяет модифицировать ОЛМ и определять появившиеся новые препятствия, геометрические характеристики трассы и проходимость ее участков по маршруту следования с учетом возможностей МР (его габаритов, типа движителя и проходимости, устойчивости при наклонах, энергообеспеченности). Следует отметить, что ряд требований к техническим характеристикам СТЗ входят в противоречия; например точность – дальность действия; точность – быстродействие; разрешающая способность – угол обзора; объем информации – время обработки; сложность - надежность.