ВВЕДЕНИЕ

После впечатляющих успехов, достигнутых в конце XX века при успешном внедрении промышленных роботов в процесс автоматизированного производ­ства различной продукции, в настоящее время можно говорить о переносе цен­тра научных исследований в область создания мобильных роботов (MP) - меха­тронных систем, базирующихся на последних достижениях механики, микро­процессорной техники, контрольно-измерительных систем, информатики и теории управления.

Мобильные роботы, в отличие от установленных стационарно промышлен­ных, выполняют более широкий набор полезных функций. Роботы, которые ходят, говорят и обладают физической силой, обширной памятью, интеллекту­альными и вычислительными способностями перспективны к использованию в различных сферах человеческой деятельности. Постоянный рост вычислитель­ной мощности современных микропроцессоров делает появление роботов с ис­кусственным интеллектом неизбежным. По прогнозам ведущих ученых - ин­теллектуальная мобильная робототехника - следующий этап научно­технической революции и вслед за персональными компьютерами скоро долж­ны появиться персональные роботы.

В настоящее время в мире ведутся интенсивные научные исследования по использованию мобильных роботов в экстремальных условиях (разминирова­ние боеприпасов, саперные работы, тушение пожаров, дезактивация радиоак­тивных веществ).

B. В.Белецкий, И.Б.Челпанов, Ю.Ф.Голубев, В.В.Чернышев, Г.К.Боровин, Е.С.Брискин, Ю.В.Чернухин, Г.А.Галуев, К.А.Пупков, А.Р.Гайдук, В.М.Лохин,

C. В.Манько, М.П.Романов, А.С.Ющенко, С.Ф.Бурдаков, И.В.Мирошник, Ю.Г.Мартыненко, Б.А.Смольников, А.И.Кобрин, В.И.Юдин, И.Н.Егоров, А.А.Жданов, Н.Б.Преображенский, Л.В.Киселев, М.А.Кузьмицкий, Ю.К.Алексеев, В.С.Ястребов, В.Ф.Филаретов

Манипуляционные мобильные роботы (MMP) могут применяться также в строительных операциях, при обслуживании высотных конструкций и зданий. Во всех перечисленных задачах мобильный робот использует манипулятор с большой длиной вылета, т.к. это позволяет увеличить зону обслуживания при строительных работах и тушении пожаров, манипулировать с боеприпасами на значительном удалении от MP (для обеспечения его большей живучести при случайном срабатывании взрывных устройств). Манипуляторы большой длины будут устанавливаться на космических [135] и подводных мобильных роботах, предназначенных для выполнения монтажных операций в космосе или под во­дой. Например, на американском космическом челноке «Спейс шаттл» уста­новлен манипулятор ДУМС [135] с радиусом действия 15,2 метра, состоящий из последовательно соединенных: плеча (6,37 метра), локтя (7,6 метра) и запя­стья (1,88 метра) общей массой 445 кг. На конце манипулятора, кроме схвата установлена видеокамера для облегчения позиционирования различных пере­мещаемых грузов с точностью ±5 см.

C целью увеличения области манипулирования и ограничения транспорти­руемой нагрузки манипуляторы роботов выполняют по разомкнутой кинемати­ческой схеме, причем их стержневые звенья имеют относительно малое сечение при больших длинах, что приводит к результирующему снижению жесткости всего манипулятора.

Поэтому современной научно-технической проблемы в области мобиль­ной робототехники является обеспечение точности движения и позиционирова­

ния мобильных манипуляционных роботов.

Одним из перспективных направлений уменьшения отрицательных факто­ров, возникающих при использовании в технических системах элементов малой жесткости является разработка эффективных методов расчета, управления и проектирования на базе уточненных геометрически нелинейных моделей стержневых элементов (звеньев) манипуляторов.

Следует отметить, что геометрическая нелинейность механических стержне­вых упругих элементов может быть обусловлена двумя следующими причина­ми. Во-первых, при больших величинах упругих перемещений и поворотов элементов деформированной системы нарушается пропорциональная зависи­мость между приложенными к системе силами и упругими перемещениями. В частности, в стержневых системах действующие вдоль оси стержней силы при­водят к изменению жесткости этих стержней и способны вызвать потерю их ус­тойчивости. Во-вторых, геометрическая нелинейность может быть вызвана пе­ремещениями и поворотами упругих тел механической системы относительно друг друга благодаря наличию между ними кинематических соединений.

Практическое использование теории тонких стержней, позволяющей полу­чать в ряде случаев аналитические решения, при вычислительных эксперимен­тах на ЭВМ существенно осложнено, так как требует решения нелинейных дифференциальных уравнений со сложными граничными условиями.

Существенный вклад в развитие геометрически нелинейной теории упруго­сти и теории тонких стержней внесли ученые А. Ляв, А.И. Лурье, П.А. Лукаш, В.В. Новожилов, Д.И. Кутилин, Е.Л. Николаи, С.П. Тимошенко, Е.П. Попов, В.З. Власов, Г.Ю. Джанелидзе, В.А. Светлицкий, А.А. Ильюхин, П.Е. Товстик, А. Грин, Дж. Адкинс и многие другие. Вкладом в развитие численных методов анализа геометрически нелинейных систем с использованием МКЭ послужили работы К.Ю. Бате, О. Зенкевича, Дж. Одена, М.А. Крисфилда, Н.М. Ньюмарка,

Т. Беличко, А.С. Городецкого, А.Ф. Смирнова, В.А. Постнова, А.М. Масленни­кова и других. Проанализированы особенности предложенных моделей и ме­тодов, их достоинства и недостатки, которые следует учитывать при разработке уточненных математических моделей и реализации методов численного анали­за, позволяющих реализовать статический и динамический расчет широкого класса указанных систем в универсальном пакете программ на ЭВМ.

Однако разработанные в настоящее время конечноэлементные модели геомет­рически нелинейных стержневых конструкций не в полной мере учитывают осо­бенности их пространственной деформации, в частности, взаимосвязь пространст­венного изгиба и кручения, взаимосвязь растяжения и кручения, не учитывается нелинейность распределения осевой силы по оси стержня при его изгибе. Большой интерес представляют задачи управления нелинейными упругими стержневыми системами, в частности, упругими манипуляторами роботов.

Прикладным задачам динамики, управления и оптимизации упругих управ­ляемых механических систем, в частности, упругих манипуляторов роботов по­священы работы Ф.Л. Черноусько, Л.Д. Акуленко, Н.Н. Болотника, Н.В. Бани- чука, В.Е. Бербюка, С.В. Елисеева, В.Дж. Бука, М. Вукобратовича, X. Йошикавы и других.

Однако, при управлении ими возникает целый ряд сложных проблем, свя­занных с негативным влиянием податливости упругих элементов. Для решения задач управления их математические модели должны позволять быстро опреде­лять управляющие воздействия и формировать их с учетом упругих колебаний систем. Таким образом, задачи разработки и численной реализации уточненных моделей геометрически нелинейных упругих стержневых систем очень акту­альны. Их эффективное решение позволит перейти к актуальным прикладным задачам расчета и управления упругими манипуляторами.

Обширны области перспективного использования MP в офисах, зданиях, це­ховых помещениях, в городских условиях. Вообще, можно говорить о целом перспективном направлении в мобильной робототехнике связанном с проекти­рованием и созданием роботов для обслуживания человека в цехах, офисах, в больницах, на дому. Появляется новый класс персональных роботов, которому пророчат столь же перспективное будущее, что и персональным компьютерам, причем последние войдут в состав персональных роботов. Главная особенность перечисленных выше мобильных роботов - действие в различных помещениях,

в сложных условиях города, в которых невозможно использовать такие систе­мы глобальной навигации, как GPS. Последние разработки указывают, что наи­более перспективными будут визуальные системы управления, позициониро­вания, навигации и локализации, основанные на современных видеокамерах с высокой разрешающей способностью и алгоритмах обработки изображений с использованием современной вычислительной техники.

Общим вопросам навигации и управления мобильных роботов, в том числе с использованием визуальных методов, а также разработки современных систем технического зрения для мобильных роботов посвятили свои работы: А.А.Кирильченко, С.М.Соколов, А.Д.Петров, А.А.Гоман, М.Н.Богомолов, А.А.Голован, А.С.Тищенко, А.А.Акилин, Б.Б.Михайлов, А.А.Нечаев, П.Г.Катыс, В.А.Клевалин, А.Ю.Поливанов, А.И.Богуславский, В.А.Буняков, А.И.Бурдыгин, Е.В.Исаев, А.М.Колесник, Р.В.Заединов, А.Р.Габриелян и др.

Сейчас уверенное функционирование мобильных роботов может быть обес­печено в относительно знакомых и хорошо структурированных рабочих про­странствах. При работе в незнакомом или изменяющемся окружении мобиль­ный робот должен иметь способность адаптироваться к изменениям в окру­жающей среде, реагировать на непредусмотренные ситуации и действовать на основании предыдущего опыта. Таким образом, робот нуждается в системе управления с элементами искусственного интеллекта и должен обладать спо­собностью обучаться новым навыкам и действиям [209].

Задачи навигации мобильных роботов входят в число важнейших проблем управления, где робот имеет дело с изменяющимся внешним миром. Робот должен воспринимать изменяющееся окружающее пространство и координиро­вать свои действия в соответствии с этими изменениями. Обычно, для решения задач навигации система управления роботом должна знать карту рабочего пространства и текущее местоположение самого робота на карте. Но в ряде случаев довольно сложные навигационные стратегии могут быть представлены и в виде комбинации более простых навигационных задач [214,244].

Задачи обеспечения точности движения и позиционирования актуальны и при управлении мобильными роботами. Сложность этих задач связана с высо­ким уровнем неопределенности информации о характеристиках окружающей среды и мобильного робота, шума и погрешностей в данных сенсорных систем. Во всех перечисленных задачах базовой является проблема автономного опре­деления местоположения MP (позиционирования) в рабочем пространстве. Перспективными направлениями исследований в данном случае представляется

как развитие математических моделей движения MP, учитывающих указанные неопределенности, а также развитие дополнительных сенсорных систем MP, позволяющих уточнять и корректировать его местоположение. Эффективными сенсорными системами представляются видеосистемы, в которых полезная ин­формация в сигнале видеокамер выделяется алгоритмами обработки изображе­ний в системах технического зрения с использованием современной вычисли­тельной техники. Благодаря многофункциональности видеосистем смежной за­дачей является использование их информации для выполнения MP вспомога­тельных и специальных контрольно-диагностических операций.

Вышесказанное обуславливает необходимость выработки единого методоло­гического подхода и дальнейшее развитие математического моделирования, численных методов, алгоритмического и программного обеспечения в актуаль­ной проблеме обеспечения точности движения и позиционирования мобильных манипуляционных роботов.

В первой главеприводится краткий аналитический обзор основных сущест­вующих методов моделирования геометрически нелинейных упругих стержне­вых систем, методов численного анализа динамики указанных систем, при­кладных вопросов проектирования и управления, связанных с динамическим анализом указанных систем. Проанализированы их особенности, достоинства и недостатки, которые следует учитывать при разработке новых математических моделей и реализации методов численного анализа, позволяющих реализовать статический и динамический расчет широкого класса указанных систем в уни­версальном пакете программ на ЭВМ. Проанализированы методы решения прикладной задачи динамики и управления упругих манипуляторов роботов - обратной задачи кинематики, отмечены их особенности и недостатки.

Проведен обзор и анализ задач управления, локальной и глобальной навига­ции мобильных роботов. На основе классификации методов локальной и гло­бальной навигации определены научные и технические проблемы и сущест­вующие методы их решения. Базируясь на системах технического зрения мо­бильных роботов, как наиболее перспективных сенсорных системах рассмотре­ны существующие методы визуального сервоуправления и локализации. Рас­смотрены интеллектуальные задачи мобильной робототехники.

Диссертация посвящена решению современной научно-технической про­блемы обеспечения точности движения и позиционирования мобильных мани­пуляционных роботов путем разработки адекватных математических моделей, численных методов и программного обеспечения в задачах управления мани­

пуляторами и мобильными роботами, определения местоположения и обработ­ки информации видеосенсоров роботов с учетом упругости звеньев манипуля­торов, неполных сенсорных данных, неопределенных и изменяющихся в про­цессе работы характеристик рабочего пространства и робота.

C целью комплексного решения данной проблемы обеспечения точности движения и позиционирования мобильных манипуляционных роботов форму­лируются основные задачи исследования

Во второй главерассматривается предложенная уточненная модель геомет­рически нелинейного стержневого конечного элемента для решения задач ста­тики, устойчивости и динамики упругих пространственных стержневых систем; рассматриваются методика учета больших перемещений и поворотов узлов ко­нечного элемента. Разрабатывается алгоритм численного интегрирования гео­метрически нелинейных систем. Анализируется точность решения методик в сравнении с аналитическим решением. Анализируется ошибка решения для обобщенных перемещений, величина невязки уравнений динамического равно­весия, влияние величины шага интегрирования и амплитуды колебаний на точ­ность решения. Исследуется применимость методик для динамического анализа геометрически нелинейных систем с состояниями неустойчивости. Дается опи­сание подпрограмм и алгоритмов для численного анализа геометрически нели­нейных стержневых систем, которые позволяют моделировать геометрически нелинейные стержневые системы, а также производить их статический и дина­мический анализ. Рассмотренные подпрограммы выполнены в виде программ­ных модулей, которые были добавлены в состав комплекса программ «COM­PASS». Произведен динамический анализ стержневой системы с наличием не­устойчивого состояния равновесия.

В третьей главерассматриваются прикладные задачи обеспечения точности движения по траектории и позиционирования упругих манипуляторов роботов. Для обратной задачи кинематики упругих манипуляторов роботов, предлагает­ся новый численный итерационный метод. Для моделирования динамики упру­гого манипулятора использована эффективная приближенная методика, позво­ляющая получить уравнения движения манипулятора в кратком аналитическом виде, что значительно сокращает вычислительные затраты на реализацию мо­дели в системе управления. Обратная задача кинематики упругого манипулято­ра формулируется в виде системы нелинейных дифференциальных алгебраиче­ских уравнений, состоящей из алгебраического уравнения геометрической свя­зи, наложенной на положение рабочего органа манипулятора, и дифференци­

ального уравнения динамического равновесия. Решение обратной задачи кине­матики находится в процессе совместного интегрирования данной системы уравнений итерационным численным методом. Исследована устойчивость предложенного численного метода, получено достаточное условие его сходи­мости, выявлены влияющие на сходимость факторы. Проведена эксперимен­тальная проверка разработанного метода решения обратной задачи кинематики на пространственном упругом манипуляторе.

Четвертая главапосвящена теоретическим и экспериментальным исследо­ваниям проблем построения систем управления мобильными роботами для их работы в сложных неорганизованных рабочих средах, а также реализации на их основе низкоуровневых алгоритмов для выполнения простых навигационных задач. При этом MP должны обрабатывать большой объем информации, посту­пающей от разнообразных сенсоров и принимать на ее основе интеллектуаль­ные решения, что приводит к нехватке бортовых вычислительных ресурсов. Логичным решением этой проблемы являются предложенные принципы рас­пределенной системы управления, объединяющей вычислительные ресурсы бортовых и стационарных компьютеров.

Визуальная информация систем технического зрения (СТЗ) в простых нави­гационных задачах используется для идентификации объектов и их позициони­рования вблизи мобильного робота. Предложены методы управления роботом на основе визуальной информации вблизи указанных объектов, так и для опре­деления местоположения робота, как в локальной области рабочего простран­ства. Предложены численные методы реализации простых навигационных по­ведений мобильных роботов (определение координат объектов по видеоизоб­ражениям, локализация по визуальным ориентирам, отслеживание направляю­щей произвольной формы) как составляющих сложных навигационных задач.

В пятой главепредлагается подход к решению проблемы точной навигации и методы точного позиционирования MP в неорганизованных рабочих средах и в условиях неопределенности информации о положении робота. Используется визуальное сервоуправление, в котором сигнал ошибки вычисляется как функ­ция разности координат естественных визуальных ориентиров обнаруженных видеосистемой на текущем и базовом (полученном в заданной позиции) изо­бражениях. Основной проблемой здесь является корректное обнаружение и со­поставление визуальных ориентиров, поскольку от этого зависит корректность вычисления сигнала ошибки визуального серворегулятора. Для решения про­блемы предлагается вероятностный релаксационный метод сопоставления ви­

зуальных ориентиров на двух изображениях, а также метод проективных инва­риантов для проверки корректности этого сопоставления. Эффективность пред­ложенных методов подтверждена численными экспериментами с обработкой реальных изображений.

Шестая главапосвящена исследованиям методов локализации мобильных роботов используемых для точного определения местоположения роботов при навигации по карте. Рассматриваются вероятностные методы локализации, по­зволяющие решать поставленную задачу при любом уровне неопределенности информации о местоположении робота, а также в условиях неполных сенсор­ных данных об окружающей среде и о движениях робота. Предложен эффек­тивный вероятностный Марковский метод визуальной локализации при нави­гации MP по карте за счет выборочных вычислений в областях обновления ра­бочего пространства на основе сопоставления информации о визуальных ори­ентирах. Метод апробирован на ряде численных экспериментов.

Седьмая главапосвящена разработке на основе методов обработки изобра­жений и интеллектуальных технологий таких важных задач мобильной робото­техники как контроль и диагностика подводных сооружений, разнообразного оборудования, наземных инженерных сооружений, осуществляемые с исполь­зованием мобильных роботов подводного, волздушного и наземного базирова­ния. При этом основное внимание здесь уделено разработке алгоритмического и программного обеспечения, позволяющего автоматизировать обработку ог­ромных массивов информации и реализовать на базе СТЗ программно­измерительные, обрабатывающие и диагностические комплексы реального времени, позволяющие повысить точность и достоверность диагностики объек­тов и сооружений.

Направление работ определено:

- утвержденными Президентом РФ от 30.03.2002 г., № 576 «Основами поли­тики Российской федерации в области развития науки, техники и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу» (пп. 9, И), где к приоритет­ным направлениям развития науки, технологий и техники РФ отнесено созда­ние специальной техники, а к критическим технологиям РФ отнесены: искусст­венный интеллект, мехатронные технологии, распознавание образов и анализ изображений, технологии высокоточной навигации и управления движением, компьютерное моделирование;

- комплексной программой СО РАН фундаментальных исследований про­блем машиностроения, механики и процессов управления (разд. 2. Машино­

строение пп. 2.1.2., 2.1.3.) (1995-1998 гг.);

- программами фундаментальных и поисковых исследований ИрГУПС на 2003 г. (раздел 16) и на 2004 г. (раздел 5.2.).

Целью диссертационной работы является решение современной научно­технической проблемы обеспечения точности движения и позиционирования мо­бильных манипуляционных роботов путем разработки адекватных математиче­ских моделей, численных методов и программного обеспечения в задачах управ­ления манипуляторами и мобильными роботами, определения местоположения и обработки информации видеосенсоров роботов с учетом упругости звеньев мани­пуляторов, неполных сенсорных данных, неопределенных и изменяющихся в процессе работы характеристик рабочего пространства и робота.

Задачами исследования, решаемыми для достижения поставленной цели, являются:

1. Разработка адекватных нелинейных математических моделей для повы­шения точности численного моделирования движения и позиционирования ма­нипулятора MMP при больших его упругих перемещениях с учетом взаимосвя­зи между пространственными формами деформации.

2. Разработка методов и алгоритмов моделирования в режиме близком к ре­альному времени движения манипулятора MMP с целью повышения точности отслеживания заданной траектории в пространстве и позиционирования путем компенсации его приводами вычисленных динамических и статических упру­гих отклонений манипулятора.

3. Разработка методов повышения точности определения координат ориен­тиров и робота при использовании видеосенсоров в контуре информационной обратной связи, методов и алгоритмов управления движением робота с исполь­зованием видеоинформации с возможностью быстрой переналадки на различ­ные типы локальных навигационных задач.

4. Разработка методов точного позиционирования MP в заданных точках рабочего пространства с использованием визуального сервоуправления по ви­деоинформации в условиях неорганизованного рабочего пространства с целью компенсации погрешностей глобальных методов навигации.

5. Разработка эффективных с точки зрения вычислительных затрат методов определения местоположения MP по визуальным ориентирам в задачах управ­ления его движением в глобальном пространстве карты в условиях неполных и неточных сенсорных данных о рабочем пространстве и параметрах движения робота.

6. Разработка методов, алгоритмов и программных средств обработки сиг­налов видеосенсоров для получения точной и достоверной дополнительной ин­формации для специальных и вспомогательных задач при выполнении инспек­ционных или контрольно-диагностических работ в реальных средах при высо­ком уровне помех в видеосигналах.

Методы исследования. Решение поставленных задач основано на положе­ниях линейной и нелинейной теории упругости, теории колебаний, теоретиче­ской механики, теории вероятности, теории нейронных сетей. Для дискретиза­ции и аппроксимации распределенных систем используется метод конечных элементов. Для решения нелинейных уравнений статики и динамики использу­ются итерационные численные методы, методы численного интегрирования уравнений движения. Для решения задач визуального управления и навигации использовались методы теории вероятности, обработки изображений и матема­тической статистики.

Проверка разработанных моделей и алгоритмов расчета осуществлялась компьютерным моделированием на тестовых задачах, имеющих точные анали­тические решения. Проверка метода решения обратной задачи кинематики осуществляется экспериментально, с использованием упругого манипулятора FLEBOT-2. Проверка методов управления и навигации осуществлялась экспе­риментально на действующем макете сервисного робота.

На защиту выносятся следующие основные научные положения и резуль­таты, которые составляют предмет научной новизны:

- предложена методология обеспечения точности движения и позициониро­вания мобильных манипуляционных роботов за счет моделирования и компенса­ции упругих деформаций манипулятора, разработки методов и алгоритмов управ­ления движением и определения местоположения мобильных роботов на основе обработки данных видеосенсоров в условиях неопределенных и изменяющихся в процессе работы характеристик рабочего пространства и робота;

- получена адекватная математическая модель геометрически нелинейного стержневого конечного элемента, учитывающая взаимосвязь между простран­ственными формами деформаций, изменяющуюся при изгибе стержня нели­нейную осевую силу; на ее основе разработаны алгоритмы и программы чис­ленного статического и динамического анализа стержневых систем при боль­ших упругих перемещениях и на границе устойчивости; которые позволяют по­высить статическую точность упругого манипулятора;

- предложен и экспериментально проверен новый итерационный метод реше­

ния обратной задачи кинематики и динамики упругих манипуляторов роботов на основе эффективной нелинейной модели путем численного решения системы ал­гебраических и дифференциальных уравнений и реализации компенсирующих пе­ремещений в сочленениях для более точного отслеживания заданной траектории;

- предложен и экспериментально апробирован метод калибровки постоянных кинематических параметров модели видеокамеры на вращающейся платформе, по­зволяющий повысить точность вычисления координат объектов, ориентиров и мо­бильного робота в локальных навигационных задачах, а также новый подход к син­тезу визуальных серворегуляторов, основанный на методах обучения нейронных сетей и позволяющий быстро переналаживать алгоритмы управления роботов;

- предложены новые методы и алгоритмы точного позиционирования мо­бильного робота в локальной окрестности цели на основе визуального серво­управления по естестественным ориентирам, которые обнаруживаются и со­поставляются на видеоизображениях в неорганизованной рабочей среде;

- разработан новый эффективный вероятностный Марковский метод опре­деления точного местоположения мобильного робота при его движении в гло­бальном пространстве карты с использованием визуальных ориентиров в усло­виях неполных и неточных сенсорных данных о рабочем пространстве и пара­метрах движения робота;

- разработаны методы, алгоритмы и программные средства обработки ин­формации видеосенсоров и распознавания образов для повышения точности, эффективности и достоверности выполнения мобильными роботами контроль­но-диагностических и вспомогательных операций в реальных рабочих средах при высоком уровне помех и шума в видеосигналах.

Практическая ценность полученных результатов:

Использование предложенной модели геометрически нелинейного стержне­вого конечного элемента, а также разработанных алгоритмов и программ чис­ленного анализа стержневых систем позволит с повышенной точностью иссле­довать статические и динамические характеристики упругих манипуляторов для различных конфигураций, режимов работы и полезной нагрузке. Это по­зволит точно рассчитывать упругие отклонения рабочего органа, исключить ве­дущие к неустойчивости нагрузки и режимы работы, рационально проектиро­вать легкие манипуляторы большой длины. Применение метода решения об­ратной задачи кинематики и динамики упругих манипуляторов позволяет более точно управлять ими при движении по заданной траектории и позиционирова­нии, что способствует более широкому использованию легких, упругих и быст­

родействующих манипуляторов на мобильных роботах с ограниченной грузо­подъемностью. Применение методов и алгоритмов визуального сервоуправле­ния позволит увеличить точность позиционирования, как упругого манипуля­тора, так и мобильного робота. Применение вероятностного Марковского мето­да визуальной локализации позволит точно определять местоположение мо­бильного робота по карте в условиях неполной информации о визуальных ори­ентирах. Применение разработанных технологий, алгоритмов и программ обра­ботки изображений позволит повысить эффективность и производительность периодических обследований с использованием мобильных роботов.

Внедрение работы. Программный комплекс «COMPASS» с программными модулями расчета на основе геометрически нелинейного стержневого конечно­го элемента был передан в ОАО «ИркутскНИИхиммаш» и в Научно­диагностический центр для расчета и оптимального проектирования оборудо­вания нефтехимических производств. Методы и алгоритмы совместной обра­ботки видео- и термоизображений внедрены на ВСЖД РАО «Российские же­лезные дороги» для тепловизионной диагностики оборудования локомотивов.

Результаты работ автора в области управления движением упругого манпу- лятора при отслеживании заданной траектории методом решения обратной за­дачи кинематики реализованы в экспериментально-демонстрационном роботе FLEBOT-2 лаборатории космических машин отделения аэронавтики и космиче­ской техники инженерного факультета университета Тохоку (г.Сендай, Япо­ния). Результаты работ автора в области распределенной системы управления, визуального управления и вероятностных методов навигации реализованы в экспериментально-демонстрационном роботе ALifeRobot лаборатории искусст­венного интеллекта факультета электроники и электротехники университета г.Оита (Япония). Результаты работ по автоматизированной диагностике дефек­тов подводных сооружений и определению путевой скорости реализованы в рамках инициативных проектных разработок лаборатории искусственного ин­теллекта университета г.Оита (Япония).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийских семинарах «Проблемы оптимального проектирования сооруже­ний», (г.Новосибирск, 1996, 1997, 1998, 2000 гг.), Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-96), на 15,17,18-ой Меж­дународных конференциях "Математическое моделирование в механике де­формируемого тела. Методы граничных и конечных элементов" (г.Санкт- Петербург, BEM&FEM: 1996, 1999,2000 гг.,), Российско-польских семинарах

«Теоретические основы строительства» (г.Варшава- 1996, 1998 гг., г.Иркутск- 1997), Annual Conference of the Robotics Society of Japan (Niigata, Japan, 1996), IEEE International Conference on Robotics & Automation (Albuquerque, New Mex­ico, USA, 1997), 5-th IFAC Symposium on Robot Control (Nantes, France, 1997), 8­th International Conference on Advanced Robotics «ICAR’97» (Monterey, Califor­nia, USA, 1997), Korea Automatic Control Conference «КАСС» (Seoul, Korea, 2000), 6-th Symposium on Artificial Life and Robotics «AROB 6th'0b> (Tokyo, Ja­pan, 2001), SICE∕ICASE Joint Workshop on Control Theory and Applications (Na­goya, Japan, 2001), Joint Conference OfElectrical and Electronics Engineers in Kyu­shu (Saga, Japan, 2001), International Conference on Control, Automation and Sys­tems (Jeju, Korea, 2001), 32nd International Symposium on Robotics «ISR» (Seoul, Korea, 2001), 12-th International Workshop on Dynamics and Control (Los Angeles, California, USA, 2002), 8-th International Symposium on Artificial Life and Robot­ics «AROB 8-th '03» (Oita, Japan, 2003), II Международной конференции « Про­блемы механики современных машин» (г. Улан-Удэ, 2003 г.), Всероссийской конференции "Инфокоммуникационные и вычислительные технологии и сис­темы» (г. Улан-Удэ,2003 г.), Международной научно-технической конференции «Надежность-2003» (г.Самара, 2003 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транс­порте», 2005 г., 7-ой Международной конференции «Цифровая обработка сиг­налов и ее применение» (г. Москва, 2005 г.)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 2 монографии и 70 печатных работ в виде статей и докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, се­ми глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа представлена на 373 страницах, включает 12 таблиц и 118 рисунков на 68 страницах, библиогра­фию из 388 наименований на 25 страницах и приложение на 60 страницах.

Автор выражает глубокую признательность профессору Масару Учияма и профессору Масанори Сугисака за предоставленную возможность проведения научных и экспериментальных исследований в лаборатории космических ма­шин Отделения аэронавтики и космической техники Технического факультета университета Тохоку (Япония, 1996-1997 гг.) и лаборатории искусственного интеллекта факультета электроники и электротехники университета г.Оита (Япония, 2000-2003 гг.).