МОДЕЛЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ БЕСПИЛОТНЫХ МАШИН, ОСНОВАННАЯ НА ДЕКОМПОЗИЦИИ 3-В ПРОСТРАНСТВА ПО ДВОЙСТВЕННЫМ ПАРАМ.

В статье рассматривается модель интеллектуальной навигации, реализующая универсальный управленческий алгоритм. В основу алгоритма положен закон сохранения двойственных отношений. Описаны функциональный состав модели и ее организационная структура.

МОДЕЛЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ БЕСПИЛОТНЫХ МАШИН, ОСНОВАННАЯ НА ДЕКОМПОЗИЦИИ 3-В ПРОСТРАНСТВА ПО ДВОЙСТВЕННЫМ ПАРАМ.

Семенчев Евгений Александрович,

кандидат технических наук, доцент

Тульский государственный университет

кафедра вычислительной техники

г. Тула, Россия

E-mail: s1e2m3@mail.ru

Демидова Анастасия Владимировна

ассистент

Тульский государственный университет

кафедра вычислительной техники

г. Тула, Россия

E-mail: Demidova-a-v@yandex.ru

INTELLIGENT NAVIGATION MODEL OF PILOTLESS MACHINES’ BASED ON THE METHOD OF DECOMPOSITION OF THE FREE THREE-DIMENSIONAL SPACE FOR THE DUAL PAIRS

Cemenchev Evgeny,

candidate of technical Sciences

Department of computer science

Tula State University

Tula, Russia

E-mail: s1e2m3@mail.ru

Demidova Anastasiya

Department of computer science

Tula State University

Tula, Russia

E-mail: Demidova-a-v@yandex.ru

АННОТАЦИЯ:

В статье рассматривается модель интеллектуальной навигации, реализующая универсальный управленческий алгоритм. В основу алгоритма положен закон сохранения двойственных отношений. Описаны функциональный состав модели и ее организационная структура.

ABSTRACT:

This article discusses intelligent navigation model. The model is based on the universal managerial algorithm. The basic concept of the algorithm is a duel relation conservation law. Functional structure of the model and its organizational design are described.

Ключевые слова: автономная транспортная платформа (АТП), универсальный управленческий, алгоритм, крестообразующие двойственные пары.

Keywords: Autonomous transport platform (ATP), universal management, algorithm, cross-forming dual.

В различных отраслях промышленности и сервисного обслуживания широко применяются роботы, мехатронные и робототехнические системы. Происходит это благодаря их растущим функциональным возможностям, которые обусловлены использованием более совершенных систем управления. Развитие данных систем, в свою очередь, базируется на известных достижениях средств вычислительной техники. В настоящее время актуальны разработки автономных транспортных платформ (далее — АТП) земного, воздушного, морского назначений, автономно перемещающихся в динамически изменяющемся пространстве. Несомненна актуальность создания эффективных универсальных методов динамического планирования действий в реальном времени при перемещении АТП, так как от решения этой задачи зависит дальнейшее развитие безлюдных интеллектуальных машин и так же их дальнейшее широкое распространение в различных областях человеческой деятельности.

Необходимость разработки методов планирования и управления перемещением АТП вызваны проблемами, появляющимися при наличии в зоне перемещения неизвестных статических или динамических препятствий. Суть данных методов заключается в следующем: АТП получает задания, в ходе планирования в режиме реального времени происходит формирование допустимой траектории перемещения. Данная траектория формируется с учетом возможных конфигураций АТП, а также информации об окружающей среде, считанной датчиками. Затем, в процессе сканирования окружающего пространства генерируются все возможные траектории перемещения, с дальнейшим выбором оптимальной. В итоге, полученная траектория является задающим воздействием для управления, формируются соответствующие сигналы для изменения параметров движения робота, что гарантирует выполнение им безопасного перемещения с минимально возможной погрешностью достижения цели.

Целью данного исследования являлся поиск новых принципов построения и повышение степени универсальности алгоритмов перемещения АТП в пространстве с препятствиями.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработан метод декомпозиции свободного пространства по двойственным парам, который основан на анализе окружающего пространства, с выделением в нем двойственных пар.

2. Предложена модель и универсальный управленческий алгоритм перемещения АТП в режиме реального времени в неизвестной динамической среде трехмерного пространства, заключающийся в формировании безопасной траектории движения на основе анализа двойственности в окружающем пространстве.

3. Рассмотрена структура функциональной модели динамического планирования перемещения АТП.

Пространственно-временные координаты объектов окружающей среды

При перемещении АТП, в качестве датчика окружающего пространства, используются две согласованные видео камеры, с помощью которых, помимо прочего, определяется расстояние до объектов окружающего пространства [1].

Благодаря двойственным парам зрительных сенсоров формирует зеркально – симметричный образ объекта относительно фокуса внимания, который хранит пространственно–временную и качественную информацию.

В связи с тем, что любая оптическая система воспринимает не реальные координаты точек, а угол, под которым на нее падает свет от этой точки, положение объекта изначально задано 3 углами: . Далее их значения пересчитываются из относительного положения точки на изображении и углов обзора сенсора.

На рис. 1 приведена сенсорная система координат, которая наглядно показывает представление совмещения двух изображений в одной системе координат.

Рисунок 1 — Сенсорная система координат

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Семенчев Е.А., Камардина О.А. Организация стереорежима работы системы искусственного зрения на основе закона двойственности // Известия ТулГУ. Тула, 2006. Сер. «Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления», Вып. 4. С. 29-39.

2. Демидова А.В., Семенчев Е. А. Имитационная модель перемещения интеллектуальных автономных объектов в пространстве с препятствиями на основе универсального алгоритма//А.В. Демидова, Е.А. Семенчев//Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12, ч.2 – Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. — С.284-291

3. Семенчев Е.А. Системный анализ и синтез искусственных живых машин: двойственный аспект: монография. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. — 252 с.

4. Семенчев Е.А., Демидова А.В. Имитационное исследование универсального алгоритма перемещения интеллектуальных беспилотных объектов в динамически изменяющемся трехмерном пространстве. Вестник ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып.6 «Информационные системы». Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. C.77-86.

Семенчев Евгений Александрович,

кандидат технических наук, доцент

Тульский государственный университет

кафедра вычислительной техники

г. Тула, Россия

E-mail: s1e2m3@mail.ru

Демидова Анастасия Владимировна

ассистент

Тульский государственный университет

кафедра вычислительной техники

г. Тула, Россия

E-mail: Demidova-a-v@yandex.ru

INTELLIGENT NAVIGATION MODEL OF PILOTLESS MACHINES’ BASED ON THE METHOD OF DECOMPOSITION OF THE FREE THREE-DIMENSIONAL SPACE FOR THE DUAL PAIRS

Cemenchev Evgeny,

candidate of technical Sciences

Department of computer science

Tula State University

Tula, Russia

E-mail: s1e2m3@mail.ru

Demidova Anastasiya

Department of computer science

Tula State University

Tula, Russia

E-mail: Demidova-a-v@yandex.ru

АННОТАЦИЯ:

В статье рассматривается модель интеллектуальной навигации, реализующая универсальный управленческий алгоритм. В основу алгоритма положен закон сохранения двойственных отношений. Описаны функциональный состав модели и ее организационная структура.

ABSTRACT:

This article discusses intelligent navigation model. The model is based on the universal managerial algorithm. The basic concept of the algorithm is a duel relation conservation law. Functional structure of the model and its organizational design are described.

Ключевые слова: автономная транспортная платформа (АТП), универсальный управленческий, алгоритм, крестообразующие двойственные пары.

Keywords: Autonomous transport platform (ATP), universal management, algorithm, cross-forming dual.

В различных отраслях промышленности и сервисного обслуживания широко применяются роботы, мехатронные и робототехнические системы. Происходит это благодаря их растущим функциональным возможностям, которые обусловлены использованием более совершенных систем управления. Развитие данных систем, в свою очередь, базируется на известных достижениях средств вычислительной техники. В настоящее время актуальны разработки автономных транспортных платформ (далее — АТП) земного, воздушного, морского назначений, автономно перемещающихся в динамически изменяющемся пространстве. Несомненна актуальность создания эффективных универсальных методов динамического планирования действий в реальном времени при перемещении АТП, так как от решения этой задачи зависит дальнейшее развитие безлюдных интеллектуальных машин и так же их дальнейшее широкое распространение в различных областях человеческой деятельности.

Необходимость разработки методов планирования и управления перемещением АТП вызваны проблемами, появляющимися при наличии в зоне перемещения неизвестных статических или динамических препятствий. Суть данных методов заключается в следующем: АТП получает задания, в ходе планирования в режиме реального времени происходит формирование допустимой траектории перемещения. Данная траектория формируется с учетом возможных конфигураций АТП, а также информации об окружающей среде, считанной датчиками. Затем, в процессе сканирования окружающего пространства генерируются все возможные траектории перемещения, с дальнейшим выбором оптимальной. В итоге, полученная траектория является задающим воздействием для управления, формируются соответствующие сигналы для изменения параметров движения робота, что гарантирует выполнение им безопасного перемещения с минимально возможной погрешностью достижения цели.

Целью данного исследования являлся поиск новых принципов построения и повышение степени универсальности алгоритмов перемещения АТП в пространстве с препятствиями.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработан метод декомпозиции свободного пространства по двойственным парам, который основан на анализе окружающего пространства, с выделением в нем двойственных пар.

2. Предложена модель и универсальный управленческий алгоритм перемещения АТП в режиме реального времени в неизвестной динамической среде трехмерного пространства, заключающийся в формировании безопасной траектории движения на основе анализа двойственности в окружающем пространстве.

3. Рассмотрена структура функциональной модели динамического планирования перемещения АТП.

Пространственно-временные координаты объектов окружающей среды

При перемещении АТП, в качестве датчика окружающего пространства, используются две согласованные видео камеры, с помощью которых, помимо прочего, определяется расстояние до объектов окружающего пространства [1].

Благодаря двойственным парам зрительных сенсоров формирует зеркально – симметричный образ объекта относительно фокуса внимания, который хранит пространственно–временную и качественную информацию.

В связи с тем, что любая оптическая система воспринимает не реальные координаты точек, а угол, под которым на нее падает свет от этой точки, положение объекта изначально задано 3 углами: . Далее их значения пересчитываются из относительного положения точки на изображении и углов обзора сенсора.

На рис. 1 приведена сенсорная система координат, которая наглядно показывает представление совмещения двух изображений в одной системе координат.

Рисунок 1 — Сенсорная система координат

 

 

Полный текст статьи приведен в ПДФ версии журнала, размещенной по адресу:  http://rostjournal.ru/wp-content/journals/RostovScientificJournal32018.pdf

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Семенчев Е.А., Камардина О.А. Организация стереорежима работы системы искусственного зрения на основе закона двойственности // Известия ТулГУ. Тула, 2006. Сер. «Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления», Вып. 4. С. 29-39.

2. Демидова А.В., Семенчев Е. А. Имитационная модель перемещения интеллектуальных автономных объектов в пространстве с препятствиями на основе универсального алгоритма//А.В. Демидова, Е.А. Семенчев//Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12, ч.2 – Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. — С.284-291

3. Семенчев Е.А. Системный анализ и синтез искусственных живых машин: двойственный аспект: монография. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. — 252 с.

4. Семенчев Е.А., Демидова А.В. Имитационное исследование универсального алгоритма перемещения интеллектуальных беспилотных объектов в динамически изменяющемся трехмерном пространстве. Вестник ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып.6 «Информационные системы». Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. C.77-86.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *