Локальная и глобальная навигация.
Мобильные роботы должны уверенно перемещаться в незнакомой и непредсказуемой обстановке реального мира. Основной проблемой всех существующих автономных MP является навигация, которая включает:
• построение или хранение образа рабочего пространства (карты, математической модели);
• определение абсолютных и относительных координат предметов (ориентиров), мобильного робота и цели;
• построение маршрута движения к цели комбинацией методов глобальной и локальной навигации с учетом обнаруженных препятствий;
• управление параметрами движения (углами поворота, скоростью движения) в соответствии с заданным маршрутом;
• распознавание данных датчиков об изменениях рабочего пространства (наличия препятствий), координат цели и робота, изменение маршрута (или его части) в соответствии с результатами распознавания.
Локальная навигация связана с определением координат MP по отношению к некоторой (обычно стартовой) точке [290, 369], требует распознавания местоположения цели и используется в пределах заранее известной локальной области. Исполнительное устройство выбирает свои действия на основе текущей сенсорной или внутренней информации, без необходимости определения любых объектов или мест вне текущего сенсорного горизонта [365].
К разновидностям локальных навигационных поведений (методов) относятся: исследование (поиск), движение по направлению и интегрирование пути, прицеливание (визирование), наведение. При поискеMP не осуществляет активной ориентации, а цель [256] может быть найдена случайно при поисковых всенаправленных движениях MP. Движение по направлению более эффективно, при этом информация о направлении может быть задана либо в глобальной CK (относительно линий магнитного поля, небесных тел, «запаховых» следов), либо в локальной CK (относительно инерционного компаса или других локальных сигналов), либо в виде направляющей линии (следа, колеи, дороги).
Однако данное навигационное поведение чувствительно к корректности информации о направлении и положении робота относительно внешних ориентиров. Робаст- 46ность движения в заданном направлении может быть повышена, если известно расстояние до цели. Прицеливание (визирование)[297] характеризуется тем, что робот движется к цели, находящейся в поле зрения его сенсоров в течении подхода. Цель обычно связывается с некоторым характерным элементом окружающего пространства - маяком. Однако не каждая точка пространства может выступать в качестве навигационной цели из-за требования наличия в этой точке обнаруживаемых и различимых характерных черт. Процесс наведения состоит в определении положения системы ориентиров относительно навигационной цели и поддержания роботом некоторой пространственной конфигурации относительно установленной системы ориентиров [365].
Таким образом, осуществление и точность реализации локального навигационного поведения определяются: точностью определения местоположения ориентиров, цели и робота; точностью (корректностью) информации о направлении движения (направляющей); точностью определения местоположения цели и робота относительно конфигурации ориентиров.
Глобальная навигация (построение маршрута) включает распознавание нескольких местоположений, оценки соотношений между ними при движении MP по длинным маршрутам во всей допустимой области рабочего пространства, причем они могут быть вне текущего диапазона сенсорного восприятия [335]. К методам глобальной навигации относятся: реактивно - целевая навигация, топологическая навигация, навигация по карте.
Реактивно-целевая навигация позволяет связать между собой исходную и конечную точки пространства за счет парной ассоциации исходной точки маршрута и локального навигационного метода. Ассоциация между исходной точкой и навигационным методом может быть задана заранее или определена роботом. Недостатком этого метода является то, что он не может быть адаптирован к вновь появляющимся препятствиям. Более развитый метод топологической навигации хранит информацию о маршрутах и промежуточных целях раздельно. В этом случае любой маршрут или его отрезок может использоваться для достижения роботом нескольких целей. Навигация по карте требует включения информации обо всех известных точках пространства и их взаимном расположении в одной общей системе координат. Единая система координат позволяет установить пространственные отношения между любыми двумя известными точками рабочего пространства. Это позволяет роботу прокладывать новые маршруты по неизвестным областям рабочего пространства.
Суммируя вышесказанное, можно заключить, что общей проблемой, без
решения которой невозможна реализация всех глобальных навигационных поведений MP1является точное определение текущего местоположения робота и привязка его к топологическому рабочему пространству или к карте.
1.3.2.