Альманах научных работ молодых ученых
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1
233
Чащина Мария Максимовна
Год рождения: 1995
Университет ИТМО, факультет систем управления и робототехники,
кафедра систем управления и информатики,
студент группы № Р4135
Направление подготовки: 15.04.06 – Мехатроника и робототехника
e-mail: marichaschina@mail.ru
УДК 681.518.5
ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМ РОБОТОМ
В СРЕДЕ С НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЯМИ
Чащина М.М.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Литвинов Ю.В.
Работа выполнена в рамках темы НИР № 617026 «Технологии киберфизических систем:
управление,
вычисления, безопасность».
В работе предложен алгоритм управления колесным роботом на пересеченной местности по
заданному маршруту. Выполнена проверка работоспособности предложенных алгоритмов с
помощью математического моделирования и экспериментальных исследований на колесной
платформе фирмы «Odyssey» и блока управления на базе платы Arduino UNO. Робот функционирует
в автономном режиме. Интеллектуальность робота заключается в возможности изменять свое
поведение в зависимости от характера местности.
Ключевые слова: мобильный робот,
траектория объезда, алгоритм движения, техническое зрение,
пересеченная местность.
Существуют различные методы определения расстояния от мобильного робота до
препятствия: использование ультразвуковых, инфракрасных датчиков, лазеров, стереозрения
(две видеокамеры) [1, 2] и т.д.
Рассмотрим вариант определения расстояния от робота до препятствия с помощью
одной камеры.
Сущность метода состоит в том, что, когда робот перемещается ближе к препятствию,
камера, установленная на роботе, будет записывать изображение препятствия в два разных
момента:
t
0
и
t
1
, а затем передавать информацию в компьютер.
Компьютер, получив
информацию об изображении, выполняет обработку информации и дает два значения
площади препятствия, соответствующие двум моментам времени. Определив площадь
препятствия
S
0
(в пикселях) в
момент времени t
0
и
S
1
в момент времени
t
1
, можно найти
расстояние ∆
L, пройденное роботом за интервал времени ∆
t=
t
1
–
t
0
по формуле:
L V
t
,
где
V – скорость движения робота
Вычисляем расстояние
L
1
от робота до препятствия в момент
t
1
по следующей формуле:
0
1
1
0
1
1
S
L
S
L
S
S
.
1
tan
a
h
f
L
;
2
tan
b
h
f
L
L
:
1
a
h
h
L
L
L
b
L L
L
L
L
Альманах научных работ молодых ученых
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1
234
0
1
1
1
L
L
L
a
S
b
S
0
1
1
0
1
1
S
L
S
L
L
L
S
S
.
Камера фиксирует изображения на светочувствительных матрицах, и
расстояние от
объектива камеры до матриц составляет значение
f, где
f – фокусное расстояние камеры;
a,
b –
высоты препятствия на кадре изображения в моменты
t
0
и
t
1
;
h – реальная высота препятствия.
Рис. 1. Эксперимент по определению дальности до препятствия
Был проведен эксперимент по определению дальности до препятствия по
видеоизображению (рис. 1). В качестве мобильного робота была использована 6-ти колесная
платформа «Odissey» под управлением микропроцессора Arduino Uno и простейшая вэб-
камера. Для обработки видеоизображения использовался ноутбук. Результаты, полученные в
ходе эксперимента, представлены в таблице.
Таблица. Результаты эксперимента
S
0
– площадь препятствия в
пикселях в
момент времени t
1
34338
39954
47086
56317
68607
85448
S
1
– площадь препятствия в
пикселях в момент времени
t
2
39954
47086
56317
68607
85448
109125
L
э
– расстояние по
видеоизображению (см)
63,5
58,4
53,4
48,2
43,1
37,8
L – фактическое расстояние (см)
60
55
50
45
40
35
Погрешность
(см)
3,5
3,4
3,4
3,2
3,1
2,8
δ
100%
L
L
5,8
6,1
6,8
7,1
7,8
8,0
По результатам эксперимента были построены зависимости (рис. 2).
а
б
Рис. 2. Сравнение результатов: измерений и фактического расстояния (а); относительной
погрешности измерений расстояний (б)
Альманах научных работ молодых ученых
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1
235
Из приведенных результатов видно, что погрешность предлагаемого алгоритма
достаточно мала.
Преимущества:
‒ низкая стоимость, поскольку используется только одна камера;
‒ простота реализации: разместить одну камеру на роботе намного проще, чем две камеры;
‒ одновременно с
измерением расстояния, можно определить и вид препятствия
(автомобили, люди, строения или деревья и т.п.);
‒ низкие требования к вычислительным ресурсам, так как используются простые
вычислительные алгоритмы;
‒ данные о препятствии можно записывать в процессе движения мобильного робота в
формате видео, что является удобным для дальнейшего анализа и исследований.
В работе предложен алгоритм определения расстояния от мобильного робота до
препятствия с помощью одной видеокамеры. Основа алгоритма –
измерение площади
препятствия на кадре изображения в два разных момента времени, из которых
рассчитывается расстояние до препятствия. Результат анализа работы предложенного
алгоритма показывает его работоспособность и позволяет не только определить дальность до
препятствия, но и его вид, обеспечивая возможность организации слежения за выбранным
объектом [3, 4].
Do'stlaringiz bilan baham: 
