
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА DP - SLAM ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ МОБИЛЬНОГО РОБОТА В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Работа №	32201
Тип работы	Дипломные работы, ВКР
Предмет	информатика
Объем работы	62
Год сдачи	2018
Стоимость	6300 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	522

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

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

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.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

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.

Литература

1 Jason M. O’Kane. A Gentle Introduction to ROS - University of South Carolina, 2014. [Электронный ресурс] - URL: https://cse.sc.edu/~jokane/agitr/agitr-letter.pdf (дата обращения: 10.02.2018).
2 Комков Н.И., Бондарева Н.Н. Перспективы и условия развития робототехники в России // МИР (Модернизация. Инновации. Развитие). 2016. Т.7.№2. С. 8-21
3 Эйдзи Накано, Введение в робототехнику. [Монография. Перевод с японского А.И.Логинова, А.М.Филатова, под редакцией к.т.н А.М.Филатова. (М.; Мир, 1988).
4 Классификация мобильных роботов [Электронный ресурс] // ПостНаука, 2012 - URL: https://postnauka.ru/video/34424 (дата обращения: 14.02.2012).
5 Применение датчика расстояния и обзор видов [Электронный ресурс] //
Электричество и проводка, 2014 - URL:
http://howelektrik.ru/elektrooborudovanie/datchiki/primenenie-datchika-rasstoyaniya-i- obzor-vidov.html (дата обращения: 15.02.2018).
6 Системы передвижения мобильных роботов [Электронный ресурс] - URL: http://asar.mv1.ru/index/0-47 (дата обращения: 05.03.2018).
7 Е.В. Немтинова. Описание конструкции и проведение начального этапа экспериментов существующей системы стереозрения // Пермский национальный исследовательский политехнический университет - 2016.
8 Seongsoo Lee, Sukhan Lee. Embedded Visual SLAM for Low-Cost Consumer Robots / Lee Seongsoo, Lee Sukhan // IEEE Robotics & Automation Magazine. 2014. Vol.
20. Issue 4. P. 83—95.
9 Eliazar A. I. DP-SLAM: Dissertation For The Degree of Doctor of Philosophy / Austin I. Eliazar. Durham, NC: Duke University Department of Computer Science, 2005. 142 p.
10 ЗабегаевА.Н. Адаптация фильтра Калмана для использования с локальной и глобальной системой навигации / А. Н. Забегаев, В. Е. Павловский // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша [Электронный ресурс]. 2010. № 82. 24 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2010-82 (дата обращения: 11.03.2018).
11 OpenSLAM: Give your algorithm to the community [Электронный ресурс] / Team: C. Stachniss, U. Frese, G. Grisetti. URL: https://openslam.org/ (дата обращения:
12.03.2018) .
12 Jiang Yan. A Review on Localization and Mapping Algorithm Based on Extended Kalman Filtering // Jiang Yan, Liu Guorong, Luo Shenghua, Zhou Lian // IFITA ’09: International Forum on Information Technology and Applications. 2009. Vol. 2. P. 435— 440.
13 Montemerlo M. FastSLAM: A Factored Solut-on to the Simultaneous Localization and Mapping Problem / Michael Montemerlo, Sebastian Thrun // AAAI — 8th National Conference on Artificial Intelligence [Электронный ресурс]. 2002. P. 593—598. URL: http://www.aaai.org/Library/AAAI/2002/aaai02-089.php (дата обращения:
15.03.2018) .
14 Как работает лидар? [Электронный ресурс] // Лазерный Портал: коллекция научных материалов о лазерах, оптике, спектроскопии и лазерной технике. 2005 - URL: http://www.laserportal.ru/content 979 (дата обращения: 20.03.2018).
15 Eliazar A. I. DP-SLAM 2.0 / Austin I. Eliazar, Ronald Parr // ICRA ’04: IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2004. Vol. 2. P. 1314—1320.
16 Г.С. Иванова. Создание пользовательских интерфейсов в программах на C++ с использованием библиотеки QT // Учебное пособие по дисциплинам «Объектно-ориентированное программирование», «Системное программное обеспечение». 2011. Москва.