Тема: РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОБХОДА ПРЕПЯТСТВИЙ РОБОТОМ ОР-3

Концепция автоматизированных механизмов, умеющих самостоятельно выполнять любые операции, занимала умы людей еще в древние времена. Одним из примеров может служить чертеж изобретения Леонардо Да Винчи “Железный рыцарь” (рисунок 1). Современная робототехника появилась во время промышленной революции с открытием пара и электричества, давшим начало созданию силовых двигателей и механизмов. Благодаря изобретениям и открытиям Томаса Эдисона и Николы Тесла робототехника перешла в новую эпоху. В 1898 году изобретатель Никола Тесла представил свою радиоуправляемую лодку. Тем не менее, термин «Робот» впервые был упомянут чешским драматургом Карелом Чапеком в своей научно-фантастической пьесе «R. U. R.», описывающей восстание роботизированных рабочих фабрики против людей-владельцев. В 1941 году Айзек Азимов придумал термин
«робототехника» и описал три закона робототехники, которые продолжают влиять на разработку робототехнических систем с искусственным интеллектом.
Вот эти законы:
• Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред;
• Робот должен подчиняться всем приказам человека, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат первому закону;
• Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит первому и второму закону.
Благодаря достижениям и изобретениям XX века, таких как цифровой компьютер, транзистор и интегральная схема, у ученых появилась возможность создать программируемый мозг для робота. В современном мире роботы стали неотъемлемым явлением в жизни человека, особенно в производственной деятельности. Они решают различные задачи - от транспортировки материалов до сборки деталей.
Большая часть использования роботов приходится на:
• медицинскую область.
Например, робот KUKA LBR Med. Он оснащен сенсорной системой распознавания, которая гарантирует безопасную работу машины с человеком, простым контролем управления и специальным покрытием;
• космическую область.
Роботы активно разрабатываются и применяются человеком в освоении просторов вселенной. Для этого есть ряд основных причин: первая из них это стоимость полета. Роботизированные миссии требуют меньше затрат по сравнению со стоимостью пилотируемой программы, несут намного меньше риска для людей и дают более полезную, эмпирическую информацию;
• военную область.
Большая часть военных роботов преимущественно создаются для задач, связанных с разведкой, работой в тылу или для технической помощи в ведении боевых действий. Причиной ограниченного применения является то, что роботы недостаточно совершенны, уязвимы для ведения боевых действий непосредственно в поле и их ремонт в полевых условиях затруднен или невозможен. Но существуют образцы, которые используются непосредственно на поле боя, они, как правило, более примитивны с технологической точки зрения и управляются с помощью человека-оператора, находящегося вдали от управляемого робота или внутри. Например, робот Kuratas (рисунок 2), в котором присутствует кабина для пилота, расположенная в верхней части данного робота;
Автоматизированные промышленные роботы применяются для многих технологических операций, требующие многократного повторения и высокой точности. Обычно такие роботы являются механизмом, напоминающем руку человека.
Вершиной современных разработок в области робототехники является создание роботов гуманоидного типа. Гуманоидный робот - это робот, напоминающий по своей конструкции человеческое тело. Такая конструкция обусловлена тем, что большинство рабочих сфер спроектированы под человека. Да и не всегда есть возможность переоборудовать или модернизировать рабочее место в робототехнический комплекс. Также конструкция дает возможность роботу взаимодействовать с человеческими инструментами.
Для любого разрабатываемого типа робота вопросы, связанные с навигацией, играют немаловажную роль в успешном выполнении любой поставленной задачи. Казалось бы, задача очевидная: робот из точки А должен переместиться в точку В. Но в результате выполнения могут возникнуть препятствия на пути следования робота. И для решения данной задачи робот должен уметь строить маршрут, управлять параметрами движения, четко интерпретировать информацию об окружающей среде, получаемую от датчиков, и постоянно отслеживать свое местоположения в пространстве. На сегодняшний день навигационные алгоритмы малоэффективны, так как информация поступает в течении некоторого времени, и робот не обладает полной информацией о местности, в которой будет использоваться. Также в большинстве алгоритмов информация считывается с тактильных датчиков. Поэтому разрабатываются всё более новые алгоритмы обхода препятствий на основе компьютерного зрения, и данная тема еще долго не потеряет свою актуальность.
Целью данной работы является разработка алгоритма обхода препятствий роботом OP-3.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи - перечислить:
• Изучить алгоритмы обхода объектов, использующие в качестве входной информации изображение окружающего мира.
• Подобрать параметры для нахождения препятствий и их детектирования.
• Построить ориентиры для определения местоположения объектов
• Написать программу управления
Обзор существующих алгоритмов обхода препятствий
На данный момент большая часть роботов разрабатывается для таких отраслей, как военное дело, охрана и патрулирование специальных территорий. Роботы, разрабатываемые для этих отраслей, работают в автоматическом режиме. Автоматический режим предполагает, что робот выполняет поставленные задачи без вмешательства человека. Вследствие этого возникает ряд проблем, связанных с навигацией робота. Самый простой способ построения маршрута является прямая траектория, проложенная к требуемой точке. Этот способ построения подходит в том случае, когда в рабочем пространстве находятся только робот и цель. Но в реальных рабочих условиях могут внезапно возникнуть препятствия перед роботом. Поэтому к роботам применяется вариант поведения, называемый «избегание препятствий». Такое поведение практически является алгоритмом. В основном такие алгоритмы можно разделить на две категории.
К первой категории относятся алгоритмы, работающие с картами. Такие алгоритмы строятся по нескольким методам. Рассмотрим некоторые из них.
• Метод на основе графа.
Граф является отражением состояния, в которых может находиться робот. Таких состояний может быть n-количество и принято их называть узлами. Узел может принимать различные параметры (положения на карте, угол ориентации, скорость или ускорение) робота. Переходы между узлами являются функцией затрат. Данные функции затрат позволяют определить путь, имеющий минимальную сумму между начальной точкой и конечной точкой. На рисунке 3 представлен узловой граф расстояния (перемещения)....
Купить

Одной из важных проблем в современном мире остаются навигация роботов в мире людей, особенно антропоморфных, имеющих в своем арсенале для ориентации на местности только систему технического зрения. В результате проделанной работы были изучены следующие вещи:
• Изучены существующие алгоритмы обхода препятствий
• Изучен Фреймвокр Robotis Operation System и особенности его работы.
• Разработан алгоритм работы обхода препятствий роботом
• Составлена схема управления
• Разработаны управляющие программы на языке Python
• Предложено методика по расширению функционала поведения робота OP-3
Купить