ВВЕДЕНИЕ 10
1 Предметная область 10
2 Актуальность проблемы и существующие подходы к ее решению 11
3 Применение методов компьютерного зрения 13
4 Концептуальная постановка задачи 14
1 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО МЕТОДА
УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ РОБОТОВ СТРОЕМ 16
1.1 Математическая постановка задачи управления движением строем 16
1.2 Обзор методов управления движением строем 20
1.3 Комбинированный метод управления движением строем 22
1.4 Компьютерное моделирование 23
1.4.1 Моделирование движения по закону управления строем с
фиксированной геометрической конфигурацией 24
1.4.2 Моделирование движения по закону «след в след» 25
1.4.3 Моделирование движения с использованием комбинированного
метода управления 26
1.5 Натурный эксперимент 29
1.6 Выводы 29
2 РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕПЯТСТВИЙ 32
2.1 Требования к подсистеме обнаружения препятствий 32
2.2 Обзор сенсорных систем построения трехмерных изображений 34
2.2.1 Пассивные сенсорные устройства 34
2.2.2 Сенсоры на основе структурированной подсветки 35
2.2.3 Многолучевые лазерные дальномеры 35
2.3 Обзор методов обнаружения препятствий 36
2.4 Метод структурного выделения препятствий 39
2.5 Исследование эффективности метода структурного выделения
препятствий 42
2.6 Реализация подсистемы обнаружения препятствий 44
2.6.1 Выбор программных средств разработки 44
2.6.2 Программная реализация подсистемы 45
2.6.3 Результаты тестирования реализованной подсистемы 46
2.7 Выводы 47
3 РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЧЛЕНОВ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ ГРУППЫ 48
3.1 Обзор методов распознавания объектов на двумерных изображениях .... 48
3.1.1 Применение маркеров при распознавании объектов 49
3.1.2 Метод сравнения с шаблоном 50
3.1.3 Применение контурной сегментации и сравнения контуров 50
3.1.4 Применение сравнения характерных признаков 51
3.1.5 Категориальное распознавание 52
3.1.6 Применение искусственных нейронных сетей 53
3.1.7 Применение статистического анализа 53
3.2 Сравнительный анализ эффективности методов распознавания 53
3.3 Реализация подсистемы распознавания маркеров 58
3.4 Натурный эксперимент 58
3.5 Выводы 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 64
ПРИЛОЖЕНИЯ 69
Приложение А 70
Приложение Б 72
Приложение В
В настоящее время проблема управления мобильными роботами и робототехническими системами становится все более актуальной как в России, так и за рубежом. Мобильные робототехнические комплексы (МРТК) решают широкий спектр задач, в том числе в областях, связанных с риском для человека. Если для решения определенной задачи возможностей отдельного МРТК недостаточно, роботы могут быть объединены в группу с использованием методов группового управления. При групповом управлении одной из часто возникающих задач является задача перемещения группы роботов в некоторую заданную позицию. Для решения данной задачи каждый МРТК в группе должен обладать специализированной системой управления движением, навигации и картографирования. В со-временных системах управления мобильными роботами важную роль играют технологии компьютерного зрения и машинного обучения. Благодаря произошедшему в последние годы качественному скачку в развитии этих технологий, они находят все более широкое применение при решении задач навигации и управления движением мобильными робототехническими комплексами.
Данная работа посвящена разработке системы управления движением группы наземных мобильных робототехнических комплексов с использованием методов двух- и трехмерного компьютерного зрения.
В рамках выпускной квалификационной работы магистра разработана система управления движением группы МРТК с использованием методов компьютерного зрения для обнаружения препятствий и идентификации членов робототехнической группы.
При разработке системы управления движением проведен обзор существующих методов управления движением строем и выявлен ряд ограничений этих методов. Для преодоления ограничений разработан комбинированный метод. С целью исследования эффективности разработанного метода проведено компьютерное моделирование и испытания на действующих образцах МРТК «Пластун». Предложенный комбинированный метод использован в разработанной системе управления движением группы роботов.
Для решения задачи своевременного распознавания препятствий и других роботов группы разработаны подсистемы обнаружения препятствий и идентификации членов робототехнической группы на основе методов компьютерного зрения.
При разработке подсистемы обнаружения препятствий системы управления движением МРТК сформированы требования к разрабатываемой системе, проведен обзор аппаратных средств и существующих методов обнаружения препятствий. Разработан новый метод структурного выделения препятствий. Проведенные испытания разработанной подсистемы обнаружения препятствий на основе предложенного метода подтвердили работоспособность метода. Достигнутые показатели производительности и дальности обнаружения опасных препятствий позволяют применять разработанную подсистему на реальных МРТК среднего и тяжелого классов.
Проведен обзор и сравнительный анализ методов распознавания объектов на изображениях. По результатам проведенного анализа для реализации в подсистеме идентификации членов робототехнической группы по маркеру выбран метод контурной сегментации и сравнения контуров. Проведен натурный эксперимент с использование роботов «Пластун», реализованная подсистема идентификации показала хорошие результаты.
По результатам работы были подготовлены статьи [17, 18, 33, 43], предложенные методы были апробированы на конференциях «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы» и «Современное машиностроение: наука и образование».
