 |
|
Системы технического зрения мобильных роботов различного назначения.
Простейшие СУД широко используются на мобильных роботах, широко применяемых в промышленности как внутрицеховой и межцеховой транспорт. Такие МР представляют собой транспортные тележки с маршрутопроводным управлением. В качестве маршрутопроводов применяют механические направляющие, электрические кабели под полом, цепочки фиксированных маяков, светоотражающие или контрастные полосы на полу. Зрительное отслеживание маршрутопроводной полосы в простейшем случае осуществляется парой видеосенсоров, расположенных на днище робота. При съезде с полосы один из видеосенсоров фиксирует фон, следовательно нарушается баланс сигналов, служащий управляющим сигналом ходовой части. Однако при наличии препятствия на маршрутопроводе такой МР останавливается.
Более сложные СТЗ использованы в мобильном роботе, схема системы управления которого представлена на рис3.4.
Схема управления функционально делится на центральное устройство управления, устройство распознавания и устройство управления движением, в каждом из которых есть свой процессор. Кроме того МР имеет связь с оператором, который в сложной ситуации берет управление на себя.
Японский МР с СУД такого типа размещен на четырехколесной базе с независимым управлением каждого из четырех колес. Поэтому МР способен двигаться в любом направлении, без изменения ориентации корпуса. Манипулятор предназначен для разгрузки – загрузки крупногабаритных деталей. СТЗ здесь, кроме информации для СУД, также решает задачу распознавания и ориентации грузов. Такой МР совершеннее конвейерного транспортирования грузов, однако выбрать маршрут обхода препятствий такой МР не может.
Для решения задачи определения априорно неизвестных препятствий и планирования траекторий по текущей сенсорной видео информации в простейшем случае используется супервизорный режим управления, когда функция СТЗ сводится к передаче зрительной информации оператору. Структура СУД такого робота изображена на рис3.5. На роботе установлены: цветная телекамера 3, стереопара черно-белых телекамер 4, позволяющих наблюдать стерео панораму, и еще одна черно-белая телекамера 6, передающая крупноплановые изображения. Вся информация с телекамер передается оператору.
Здесь функции СТЗ в основном заключаются в передаче следующего объема видеоинформации: обзор крупным планом, считывание показаний приборов, картина видимых дефектов, осмотр агрегатов МР, стереопанорама видимого пространства. По данным СТЗ, переданным оператору, последний дистанционно управляет МР. Такие СУД с супервизорным управлением нашли применение на МР, предназначенных для работы в экстремальных и загрязненных средах, на опасных и труднодоступных участках (например, при обслуживании атомных электростанций: осмотр, ремонт, очистка, перезарядка реакторов).
Примером адаптивной СУД МР с СТЗ может служить автономный МР на колесном ОН, способный без водителя двигаться по дорогам с реальной кривизной и уклонами. Схема СТЗ данного робота представлена на рис3.6 и включает в свой состав две телекамеры, установленные на платформе: с широкоугольным объективом, контролирующая видимый участок дороги, и с длиннофокусным объективом, дающая укрупненное изображение в окне, - небольшой зоны вдоль границы между асфальтом и обочиной. Платформа может наводиться по углу наклона и углу поворота. Оцифрованные изображения поступают в систему обработки информации СОИ. ЦВС по результатам сравнения изображений с динамическими моделями измерения геометрии краев дороги при поворотах и уклонах вырабатывает воздействие на рулевое управление, акселератор и тормозное устройство МР. Работа СТЗ в реальном времени обеспечивает возможность движения МР на колесном ОН со скоростью до 50 км/час на прямых участках дороги, и до 25 км/час на поворотах, так как скорость движения МР ограничена быстродействием СТЗ – временем обработки информации и построения ЧМ и ОЛМ.
На пересеченной местности такая СТЗ дополняется сканирующими дальномерами с сектором сканирования не менее 300. Дальномер должен измерять расстояние с точностью 0,01%. По дальномерной информации строятся локальные двумерные модели среды, определяются параметры очередного отрезка на пути следования МР: выбирается безопасный проход и путь с наименьшим отклонением от заданного направления, рассчитываются параметры движения МР на этом участке: линейные скорости и скорости разворотов.
Такие СТЗ в начальной точке маршрута осматривают окружающее пространство и выделяют все его характерные признаки. После прохождения изученного участка МР останавливается и повторяет осмотр, либо снижает скорость для обеспечения времени обработки информации.
Наиболее сложными и совершенными являются интеллектные МР. Информационно-управляющие системы и СТЗ интеллектных СУД должны обеспечить построение модели рабочей среды и планирование поведения МР, самообучение. Такие СТЗ насыщены видеосенсорами, бортовыми телекамерами, и обладают эффективными методами обработки разносторонней информации, обеспечивающими высокое быстродействие для работы в реальном времени без ограничения скорости движения МР. Такая система обеспечивает определение местоположения МР и видимых объектов, обход МР препятствий, непроходимых участков на пути следования и выбор оптимального маршрута по критериям минимизации затрат времени и энергоресурсов МР (в том числе и при отсутствии дорог и организованной среды).
рис. 3.2. Обобщенная структура СТЗ
рис. 3.3 Схема формирования ОЛМ с использованием глобальной и частной модели внешней среды
|
|
 | |||||||||
 |  | ||||||||
 | |||||||||
 |
рис. 3.4 Структурная схема СУД МР с СТЗ
ППСО – процессор системы связи с оператором;
ПЦУУ – процессор центрального устройства управления;
ПСР – процессор системы распознавания;
ПУУД – процессор устройства управления движением;
Т – терминал дистанционной системы связи;
ПУ – пульт управления;
ПРУ – панель ручного управления;
К – телекамера;
О – осветительные устройства;
УПО – устройство предварительной обработки;
БР – блок распознавания;
БУНД – блок управления направленным движением;
ПС – процессор сервопривода;
У – усилитель;
М – двигатель;
КД – кодовый датчик положения;
КВ – концевой выключатель;
 |
рис. 3.5 Мобильный робот с супервизорной СУД
1 – блок управления перемещением;
2 – блок датчиков;
3 – цветная телекамера;
4 – стереопара;
5 – манипулятор;
6 – камера крупного плана;
7 – движители;
  | |||
 |
рис. 3.6. Организация управления МР по информации от СТЗ
КДФО – камера с длинно фокусным объективом;
КШУО – камера с широко-угольным объективом;
ДУ – датчики углов;
ПП – привод поворота;
М – двигатель привода наклона платформы;
ПОИ – процессор обработки изображений;
ПОЭИ – процессор обработки элемента изображения;
АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
ЦВС – цифровая вычислительная система;
1,2,3 – «окна» выбираемые по краям дороги;