📄Работа №32201
Тема: ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА DP - SLAM ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ МОБИЛЬНОГО РОБОТА В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
информатика
Объем:
62 листов
Год:
2018
Просмотров:
872
6300
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 7
1.1 ВИДЫ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ 7
1.2 ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ 9
1.3 ЛОКАЛИЗАЦИЯ И НАВИГАЦИЯ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ 14
1.4 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ SLAM 16
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ЛИДАРА 23
2.1 ПРИНЦИП РАБОТЫ 23
2.2 АЛГОРИТМ РАБОТЫ 23
2.3 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОДА 25
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МОБИЛЬНОГО РОБОТА 26
3.1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 26
3.2 АЛГОРИТМ ОБЪЕЗДА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ 27
3.3 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОДА 29
4 РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА DP-SLAM 30
4.1 ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ МЕСТНОСТИ 30
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РОБОТА НА КАРТЕ 31
4.3 МОДИФИКАЦИЯ АЛГОРИТМА DP-SLAM 32
4.4 ВЫБОР ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ 33
4.5 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМА 34
4.6 ТЕСТИРОВАНИЕ 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 43
ПРИЛОЖЕНИЕ А. 45
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПРИЛОЖЕНИЯ 62
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 7
1.1 ВИДЫ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ 7
1.2 ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ 9
1.3 ЛОКАЛИЗАЦИЯ И НАВИГАЦИЯ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ 14
1.4 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ SLAM 16
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ЛИДАРА 23
2.1 ПРИНЦИП РАБОТЫ 23
2.2 АЛГОРИТМ РАБОТЫ 23
2.3 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОДА 25
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МОБИЛЬНОГО РОБОТА 26
3.1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 26
3.2 АЛГОРИТМ ОБЪЕЗДА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ 27
3.3 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОДА 29
4 РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА DP-SLAM 30
4.1 ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ МЕСТНОСТИ 30
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РОБОТА НА КАРТЕ 31
4.3 МОДИФИКАЦИЯ АЛГОРИТМА DP-SLAM 32
4.4 ВЫБОР ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ 33
4.5 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМА 34
4.6 ТЕСТИРОВАНИЕ 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 43
ПРИЛОЖЕНИЕ А. 45
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПРИЛОЖЕНИЯ 62
📖 Введение
В настоящее время всё большую популярность набирают автономные мобильные роботы. Связано это с тем, что область применения таких роботов постоянно расширяется, и вместе с этим детали и всевозможные датчики для них становится доступнее. Также имеются программные средства, которые упрощают реализацию алгоритмов навигации, управления движением и построения карты окружающей среды. Примером такого средства является «операционная система для мобильных роботов» - ROS (Robot Operating System) [1].
Применение мобильным роботам можно найти во многих сферах жизнедеятельности, начиная от построения карты помещений, зданий и даже целых городов, до проведения аварийных работ в опасных для жизни человека условиях. По мнению экспертов, потребность в таких роботах в будущем будет только увеличиваться [2].
Чтобы обеспечить роботу эффективное управление, требуется знать его точное местоположение. Существующие уже давно системы глобального позиционирования могут определить местоположение с точностью в 1-3 метра, чего явно недостаточно для мобильных роботов. Еще одним недостатком таких систем является то, что сигналы спутников проникают не везде, а если и проникают, то могут быть искажёнными.
Определить точное местоположение робота достаточно просто, если иметь заранее построенную карту местности. Тогда погрешности локализации будут напрямую связаны с точностью карты. Построение точной карты - это проблема, решить которую можно разными способами. Самое простое - построить карту вручную. Такой способ имеет много недостатков, одним из них является - большое количество затраченного времени. Действительно, сбор и анализ данных могут занять очень много времени, тем более, если требуется построить карту в труднопроходимом пространстве. Другим решением является построение карты местности роботами. Такой способ является быстрым и точным. Главной проблемой при этом является необходимость определить точное местоположение робота.
Таким образом, чтобы построить карту требуется знать местоположение робота, а чтобы узнать местоположение робота требуется точно построенная карта. Эти две проблемы тесно связаны между собой, поэтому одновременное их решение имеет смысл.
В данной работе представлена реализация алгоритма DP -SLAM, которая может решить проблему одновременной локализации и построения карты местности.
Целью данной работы является программная реализация алгоритма DP-SLAM и разработка на его основе приложения для моделирования процесса движения и навигации мобильного робота в закрытом пространстве.
Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:
1. Обзор и сравнительный анализ существующих алгоритмов SLAM;
2. Разработка математических моделей движения мобильного робота и сканирующего лазерного дальномера;
3. Модификация программного модуля, реализующего алгоритм DP-SLAM;
4. Разработка приложения для моделирования и 2D-визуализации процесса движения мобильного робота в замкнутом пространстве с одновременной локализацией и построением карты;
5. Тестирование и анализ работы приложения.
Применение мобильным роботам можно найти во многих сферах жизнедеятельности, начиная от построения карты помещений, зданий и даже целых городов, до проведения аварийных работ в опасных для жизни человека условиях. По мнению экспертов, потребность в таких роботах в будущем будет только увеличиваться [2].
Чтобы обеспечить роботу эффективное управление, требуется знать его точное местоположение. Существующие уже давно системы глобального позиционирования могут определить местоположение с точностью в 1-3 метра, чего явно недостаточно для мобильных роботов. Еще одним недостатком таких систем является то, что сигналы спутников проникают не везде, а если и проникают, то могут быть искажёнными.
Определить точное местоположение робота достаточно просто, если иметь заранее построенную карту местности. Тогда погрешности локализации будут напрямую связаны с точностью карты. Построение точной карты - это проблема, решить которую можно разными способами. Самое простое - построить карту вручную. Такой способ имеет много недостатков, одним из них является - большое количество затраченного времени. Действительно, сбор и анализ данных могут занять очень много времени, тем более, если требуется построить карту в труднопроходимом пространстве. Другим решением является построение карты местности роботами. Такой способ является быстрым и точным. Главной проблемой при этом является необходимость определить точное местоположение робота.
Таким образом, чтобы построить карту требуется знать местоположение робота, а чтобы узнать местоположение робота требуется точно построенная карта. Эти две проблемы тесно связаны между собой, поэтому одновременное их решение имеет смысл.
В данной работе представлена реализация алгоритма DP -SLAM, которая может решить проблему одновременной локализации и построения карты местности.
Целью данной работы является программная реализация алгоритма DP-SLAM и разработка на его основе приложения для моделирования процесса движения и навигации мобильного робота в закрытом пространстве.
Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:
1. Обзор и сравнительный анализ существующих алгоритмов SLAM;
2. Разработка математических моделей движения мобильного робота и сканирующего лазерного дальномера;
3. Модификация программного модуля, реализующего алгоритм DP-SLAM;
4. Разработка приложения для моделирования и 2D-визуализации процесса движения мобильного робота в замкнутом пространстве с одновременной локализацией и построением карты;
5. Тестирование и анализ работы приложения.
✅ Заключение
Были разработаны математические модели мобильного робота и сканирующего лазерного дальномера (лидара). Полученные модели позволяют изменять начальные параметры, благодаря чему, с их помощью можно провести разного рода эксперименты. Также немаловажным является тот факт, что классы, которые реализуют эти модели, никак не взаимосвязаны, то есть при необходимости можно изменить модель робота или алгоритм работы лидара, не затрагивая другие компоненты приложения.
Реализация оригинального алгоритма DP-SLAM работал недостаточно быстро для компьютеров с низкими показателями производительности. После проведения модификаций удалось решить данную проблему.
В результате выполнения данной работы было разработано приложение для моделирования работы алгоритма DP-SLAM. Полученное приложение позволяет загружать исходную, точную карту препятствий во внешнем окружении мобильного робота и выполнить моделирование работы алгоритма DP-SLAM, формируя в результате приближенную карту карту, которую можно сохранить отдельным файлом формата png.
Подводя итог, можно сказать, что все поставленные задачи были выполнены и цель достигнута.
Реализация оригинального алгоритма DP-SLAM работал недостаточно быстро для компьютеров с низкими показателями производительности. После проведения модификаций удалось решить данную проблему.
В результате выполнения данной работы было разработано приложение для моделирования работы алгоритма DP-SLAM. Полученное приложение позволяет загружать исходную, точную карту препятствий во внешнем окружении мобильного робота и выполнить моделирование работы алгоритма DP-SLAM, формируя в результате приближенную карту карту, которую можно сохранить отдельным файлом формата png.
Подводя итог, можно сказать, что все поставленные задачи были выполнены и цель достигнута.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.