Ви є тут

Методи та алгоритми побудови карти середовища мобільного робота з використанням злиття сенсорних даних

Автор: 
Коваль Василь Сергійович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2005
Артикул:
3405U000079
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА МЕТОДІВ ПОБУДОВИ КАРТИ СЕРЕДОВИЩА
МОБІЛЬНОГО РОБОТА
2.1. Статистичний метод побудови карти середовища мобільного робота
Як представлено в першому розділі, визначення перешкод і генерування можливої
реакції АМР на їх появу є складною задачею, особливо у випадках, коли швидкість
руху робота відносно велика. Реакція АМР на отримані покази сенсорів потребує
додаткового часу обробки, тому швидкість опрацювання сенсорних показів виступає
важливим критерієм для уникнення зіткнень із перешкодами. Крім того, точність
ЛКС, є надзвичайно важливим критерієм для забезпечення автономії АМР, особливо
при навігації у вузьких приміщеннях, де обмежується маневреність. Таким чином,
актуальною задачею є розробка методу побудови ЛКС з покращеною швидкістю
обробки сенсорних даних і точністю визначення перешкод.
Запропонований і розроблений в дисертації статистичний метод побудови ЛКС [58,
138] базується на статистичній обробці показів ІС та УС і характеризує
положення перешкод та відстаней до них у визначеному радіусі і кутовому
діапазоні. Суть запропонованого методу полягає в тому, що формування ЛКС
здійснюється з використанням злиття показів УС та ІС. При цьому кутова відстань
до перешкод УС уточнюється на основі показів ІС, а лінійна віддаль ІС
уточнюється на основі показів УС. Одночасно проводиться корекція показів
секторів ІС та інтерполяція значень лінійних відстаней до перешкод в проміжках
між показами двох сусідніх УС. В цьому і полягає специфіка запропонованого
методу, оскільки у відомих [1, 29, 123] не використовується єдиний підхід до
формування ЛКС в проміжках між областю дії двох УС.
Запропонований метод, як і відомий, забезпечує побудову ЛКС АМР в полярній
системі координат в проміжку з кроком 1о. Спільною особливістю запропонованого
методу із відомим [58, 123, 138] є процес уточнення кута детекції перешкод УС
на основі показів ІС, які знаходяться в спількій з УС області випромінювання
імпульсів (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Графічна інтерпретація вдосконаленого методу формування ЛКС АМР
Метод відрізняється від відомого тим, що використовується лише одна процедура,
згідно якої будується ЛКС, замість трьох у відомому методі, що дозволить
зменшити обчислювальну складність побудови ЛКС. Враховуючи важливість
мінімізації часу обробки даних для функціонування АМР в реальному часі,
пропонується використати єдину нумерацію секторів ІС з метою уникнення
надлишкових перетворень, що властиві прототипу (рис. 2.1).
Для побудови ЛКС в проміжках між будь-якими двома УС запропоновано використати
покази лінійних відстаней до перешкод, що детектують відповідні УС U(i), а
також покази тих секторів ІС IR(p), діапазон дії яких знаходяться в проміжках
або ж накладаються із діапазоном УС. Наприклад, діапазони дії секторів ІС 10-13
накладаються з діапазоном першого УС, а діапазони дії секторів ІС 17-20
накладаються з діапазоном другого УС (рис. 2.1). В ділянках накладання
діапазонів дії УС та секторів ІС проводиться уточнення кутового напрямку до
перешкоди, що виявлена кожним УС U(i) на основі мінімальної різниці між
лінійною відстанню, яку він визначає і відстанню IR(p) секторів ІС, діапазон
дії яких спільний з УС:
, (2.1)
де k – кутовий напрям УС (відповідає кутовому напряму сектору ІС), і – номер
УС, р– номер сектора ІС, діапазон дії якого спільний з УС, Size(U) – кількість
УС.
Середина відповідного сектору ІС визначає кутовий напрям a(ki) до перешкоди,
виявленої УС. Для формування ЛКС між напрямками двох сусідніх УС a(ki) i
a(ki+1) необхідно побудувати дві прямі лінії Yu i Yir, що з’єднують відповідні
точки УС U(i), U(i+1) та ІС IR(p), IR(p’) відповідно до напрямків ki і ki+1
(рис. 2.2):
(2.2)
де Хir, Yir, Xu, Yu – координати точок прямої лінії, яка з’єднує точки показів
ІС та УС, згідно рис. 2.2.
Рис. 2.2. Геометрична інтерпретація побудови ЛКС
Для побудови прямих Yir, Yu необхідно використати рівняння прямої:
y=k*x+b, (2.3)
для якої розраховують коефіцієнти:
(2.4)
де x1,y1,x2,y2 - координати двох точок відповідно до напрямків ki і ki+1:
Для побудови рівнянь прямих Yu i Yir, доцільно знайти координати двох точок
x1,y1,x2,y2 показів УС U(i), U(i+1) і показів секторів IR(p), IR(p’) ІС
відповідно до напрямків ki і ki+1.
Для кожного кутового напрямку a(j) з кроком 1o (пряма ОС на рис. 2.2) в
проміжку між прямими ki і ki+1 визначають коректуючу величину d(j), що
відображає довжину відрізку, який лежить на перетині прямої a(j) з прямими Yu,
Yir (рис. 2.2):
(2.5)
де Xu, Yir та Xu, Yir ­– координати точок перетину прямої a(j) з прямими Yu,
Yir.
Координати точок перетину прямої a(j) із прямими Yu, Yir
(2.6)
де k1, k2 та k3 – коефіцієнти трьох прямих Yu, Yir та a(j) відповідно; b1 та b2
– коефіцієнти прямих Yu, Yir згідно (2.3).
Таким чином, побудова ЛКС між будь якими двома напрямками ki, ki+1 полягає в
тому, що відповідні коректуючі значення додаються до тих показів секторів p ІС,
які знаходяться між прямими k1 i kSize(U) (2.7). В іншому випадку корекцію
даних провести неможливо, а здійснюється інтерполяція на основі показу того
сектору ІС, з яким накладається область дії його напрямку для побудови ЛКС
MAP(j):
(2.7)
Одночасно доцільно обмежити лінійну віддаль ЛКС MAP(j) до такого значення, яке
задається пороговою чутливістю сенсорів. Дане значення вибирається в залежності
від характеристик сенсорів щодо визначення лінійних відстаней до перешкод
(наприклад, для сенсорів фірми "Lauze electronic" [123] порогова чутливість
становть 2.4 метра):
(2.8)
Таким чином, реалізацію методу можна поділити на три основних етапи:
уточнення кутового напряму до перешкоди УС за рахунок показів ІС;
розрах