ЛУКЬЯНОВ АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОБЛЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ДВИЖЕНИЯ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ МАНИПУЛЯЦИОННЫХ РОБОТОВ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук. Иркутск - 2005. 2005

Специальность 05.13.18- Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

↑

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список условных сокращений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ДВИЖЕНИЙ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ МАНИПУЛЯЦИОННЫХ РОБОТОВ

Математические модели упругих манипуляторов мобильных роботов с учетом нелинейных свойств

Геометрически нелинейные математические модели стержневых систем

Методы построения уравнений движения геометрически нелинейных стержневых механических систем

Методы численного интегрирования нелинейных уравнений движения

Задачи динамики и управления движением нелинейных стержневых систем и упругих манипуляторов

Актуальные проблемы мобильной робототехники

Разновидности и области использования мобильных роботов

Локальная и глобальная навигация.

Научные и технические проблемы навигации роботов

Интеллектуализация систем управления и навигации

Системы технического зрения и проблемы обработка видеоинформации в задачах управления мобильных роботов

Методы реализации на основе видеоинформации простых задач навигации

Наведение путем сопоставления базового и текущего изображений, распознавание сложных образов и сцен

Визуальное управление

Задачи локализации и точного позиционирования мобильных роботов

Использование визуальных ориентиров в задачах локализации и навигации роботов

Вероятностные методы локализации и навигации

Проблема обеспечения точности движения и позиционирования мобильных манипуляционных роботов

Цель и задачи диссертационной работы

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ЧИСЛЕННАЯ МЕТОДИКА И ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАДАЧ ДИНАМИКИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНЫХ СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ

Основные кинематические соотношения

Конечноэлементная модель геометрически нелинейного стержневого элемента

Геометрически нелинейный стержневой конечный элемент

Особенности реализации модели в методе конечных элементов

Упругие характеристики и итерационный алгоритм статического расчета

Упругие характеристики отдельного конечного элемента

Итерационный алгоритм статического расчета геометрически нелинейной стержневой системы

Методика учета больших перемещений узлов конечноэлементной модели стержневой системы

Численное моделирование динамики нелинейных упругих стержневых систем с переменными инерционными и жесткостными параметрами

Уравнения динамического равновесия системы

Прямое численное интегрирование нелинейных уравнений движения

Учет нелинейной зависимости сил инерции от перемещений в методах прямого численного интегрирования

Алгоритмы и программные модули моделирования геометрически нелинейного стержневого конечного элемента

Модуль прямого численного интегрирования уравнений движения геометрически нелинейных стержневых систем

Архитектура комплекса программ «COMPASS»

Верификация разработанных программ: расчет упругих стержней в статике, анализ устойчивости сжатых и изогнутых стержней

Динамический анализ стержневых механических систем при наличии в них состояний неустойчивости

2.12. Выводы:

ГЛАВА 3. ДИНАМИКА И УПРАВЛЕНИЕ УПРУГИМИ МАНИПУЛЯТОРАМИ C УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ

Постановка обратных задач кинематики и динамики упругих манипуляторов

Методика формирования уравнений динамики упругого манипулятора

Методика решения обратной задачи кинематики упругого манипулятора

Численное и экспериментальное моделирование методики решения обратной задачи кинематики на пространственном упругом манипуляторе

Численное моделирование

3.4.2.Экспериментальная проверка методики решения обратной задачи кинематики на пространственном упругом манипуляторе

Управление с динамической коррекцией упругого манипулятора в классе систем с переменной структурой

Выводы

ГЛАВА 4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ДВИЖЕНИЯ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ В ЛОКАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ЗАДАЧАХ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ВИДЕОСЕНСОРОВ

Кинематическая модель мобильного робота с дифференциальным приводом

Использование систем технического зрения для позиционирования объектов относительно робота в локальных навигационных задачах

Модель видеокамеры и ее кинематические параметры

Калибровка кинематических параметров модели видеокамеры на вращающейся платформе

Позиционирование объектов относительно робота по информации с визуальных сенсоров .

Позиционирование робота относительно визуальных ориентиров

Использование систем технического зрения для визуального сервоуправления в простых навигационных задачах

Обработка изображения для задачи движения мобильного робота по направляющей

Реализация навыка отслеживания с помощью программного визуального серворегулятора

4.3.3. Реализация навыка отслеживания с помощью обучаемого нейросетевого визуального серворегулятора

Выводы

ГЛАВА 5. УПРАВЛЕНИЕ ТОЧНЫМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕМ МОБИЛЬНОГО РОБОТА В НЕОРГАНИЗОВАННОМ РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОСЕНСОРОВ

Постановка задачи визуального сервоуправления с целью точного позиционирования робота

Общий подход к решению задачи корректного сопоставления визуальных ориентиров на текущем и базовом изображениях

Обнаружение естественных ориентиров па базовом изображении и автоматизация этой операции

Сопоставление ориентиров на совмещаемых изображениях

Методы повышения корректности сопоставления ориентиров

Релаксационный вероятностный метод сопоставления визуальных ориентиров на двух изображениях

Вероятностный метод сопоставления оринетиров

Релаксационная методика решения задачи маркировки объекта

Метод проверки корректности сопоставления ориентиров на основе проективного инварианта

Вычисление параметров преобразования координат между базовым и текущим изображениями

Свойства проективного инварианта

Метод проверки корректности сопоставления пар ориентиров

Экспериментальная проверка предложенного метода

Эксперимент по точному позиционированию MP с использованием визуального сервоуправления.

Выводы

ГЛАВА 6. ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МЕТОДЫ ЛОКАЛИЗАЦИИ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИЗУАЛЬНЫХ ОРИЕНТИРОВ ПРИ НАВИГАЦИИ ПО КАРТЕ

Локализация робота на карте рабочего пространства с использованием визуально различимых ориентиров

Вероятностный метод Марковской локализации с использованием визуальных ориентиров

Постановка задачи и теоретические основы

Пример использования метода Марковской локализации

Вероятностная модель движения мобильного робота

Моделирование ошибок при вычислении местоположения поданным одометрии

Вычисление функции плотности условной вероятности для перемещения робота

Увеличение неопределенности местоположения робота при использовании вероятностной модели движения

6.3. Повышение эффективности метода Марковской локализации с визуальными ориентирами

Использование выборочных вычислений для повышения эффективности Марковской локализации

Определение областей обновления в пространстве состояний

Вычисление сенсорной функции плотности условной вероятности для областей обновления

Организация выборочных вычислений

Алгоритм Марковской локализации с выборочными вычислениями

Результаты численных экспериментов

Выводы

ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧАХ АВТОМАТИЗАЦИИ ВИДЕОИНСПЕКЦИЙ, ИЗМЕРЕНИЙ И РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ

Автоматизированный контроль состояния подводных объектов видеосистемой мобильных роботов в реальном масштабе времени

Архитектура системы

Реализация блочного построения алгоритмов обработки изображения

Автоматизация обнаружения дефектов подводных сооружений

Разработка алгоритма обнаружения наростов ракушечника на сооружениях

Программная система визуального контроля горизонтальной скорости беспилотного вертолета

Применение алгоритмов обработки изображений в задачах распознаваниия образов и тепловизионного мониторинга оборудования

Концепция мобильного программно-инструментального комплекса для видео- термомониторинга состояния тоннелей

Схема предлагаемого контрольно-диагностического мобильного робота

Возможные функции программно-инструментального комплекса

Принципы функционирования и эффективность комплекса

Выводы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1 Выражения для вычисления элементов матрицы

Приложение 2 1. Экспериментальная установка - упругий манипулятор FLEBOT-II.

Приложение З Принципы распределенного управления мобильными сервисными роботами

Приложение 4 Алгоритм распознавания окружностей со случайным поиском для робототехнической системы

Приложение 5 Автоматизация периодического тепловизионного контроля, мониторинга и диагностики состояния оборудования

Приложение 6 Документы об использовании результатов диссертационной работы

Книги и учебники по дисциплине Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ:

- Автоматизированные информационные системы - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ -

- Архитектура и строительство - Безопасность жизнедеятельности - Библиотечное дело - Бизнес - Биология - Военные дисциплины - География - Геология - Демография - Диссертации России - Естествознание - Журналистика и СМИ - Информатика, вычислительная техника и управление - Искусствоведение - История - Культурология - Литература - Маркетинг - Математика - Медицина - Менеджмент - Педагогика - Политология - Право России - Право України - Промышленность - Психология - Реклама - Религиоведение - Социология - Страхование - Технические науки - Учебный процесс - Физика - Философия - Финансы - Химия - Художественные науки - Экология - Экономика - Энергетика - Юриспруденция - Языкознание -