Робот для картографирования местности на базе стереокамеры
В рамках магистерской диссертации был разработан робот-картограф на базе стереокамеры. Он способен строить 3D-карту местности из облака точек. Главной особенностью этого робота является то, что оператор обладает функцией удаленного управления. Это позволяет оператору не рисковать жизнью при исследовании.
Введение 14
1. Обзор литературы 16
1. 1. Картографирование 16
1. 2. Компьютерное зрение 17
1. 3. Роботизированное картографирование 19
2. Описание разрабатываемой системы 21
2. 1. Структурная схема разрабатываемой системы 21
3. Модули разрабатываемой системы 23
3. 1. Основное управляющее устройство 23
3. 2. Модуль движения 24
3. 3. Модуль движения камеры 25
3. 4. Устройства для взаимодействия с оператором 26
3. 4. 1. Очки виртуальной реальности Oculus Rift CV1 26
3. 4. 2. Геймпад Microsoft CWT-00003 27
3. 5. Сенсоры 28
3. 5. 1. Датчик углеводородных и угарного газа 28
3. 5. 2. Камеры 28
4. Разработка корпуса 30
5. Конструкторская документация 32
6. Разработка алгоритма 33
7. Разработка робота-картографа 35
7. 1. Описание первого прототипа 35
7. 2. ZED-camera 38
7. 3. Работа готового устройства 38
7. 4. Описание работы алгоритма программы для измерения 39
расстояния до объекта и перемещения камеры
7. 5. Работа камеры в режиме отслеживания и получения 39
расстояния до объекта
7. 6. Итоговое устройство 42
8. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 44
ресурсосбережение
8. 1. Предпроектный анализ 45
8. 1. 1. Потенциальные потребители результатов исследования 45
8. 1. 2. Анализ конкурентных технических решений с позиции 46
ресурсоэффективности и ресурсосбережения
8. 1. 3. FAST-анализ 47
8. 1. 4. Диаграмма Исикавы 51
8. 1. 4. SWOT-анализ 52
8. 1. 6. Оценка готовности проекта к коммерциализации 54
8. 1. 7. Методы коммерциализации результатов научно- 56
технического исследования
8. 2. Инициация проекта 56
8. 3. Планирование управления научно-техническим проектом 58
8. 3. 1. Иерархическая структура работ проекта 58
8. 3. 2. Контрольные события проекта 59
8. 3. 3. План проекта 59
9. Социальная ответственность 63
9. 1. Профессиональная социальная безопасность 65
9. 1. 1. Анализ вредных и опасных факторов, которые может 66
создать объект исследования
9. 1. 1. 1. Повышенный уровень шума на рабочем месте 67
9. 1. 1. 2. Повышенный уровень электромагнитных излучений 68
9. 1. 1. 3. Электробезопасность 69
9. 1. 2. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут 69
возникнуть при проведении исследований
9. 1. 2. 1. Недостаточная освещенность рабочей зоны 70
9. 1. 2. 2. Нервно-психические перегрузки 70
9. 1. 2. 3. Повышенный уровень электромагнитных излучений 71
9. 1. 2. 4. Перенапряжение зрительных анализаторов 72
9. 1. 2. 5. Отклонение показателей микроклимата 73
9. 1. 3. Обоснование мероприятий по защите исследователя от 74
действия опасных и вредных факторов
9. 1. 3. 1. Недостаточная освещенность рабочей зоны 74
9. 1. 3. 2. Повышенный уровень шума на рабочем месте 75
9. 1. 3. 3. Нервно-психические перегрузки 76
9. 1. 3. 4. Повышенный уровень электромагнитных излучений 76
9. 1. 3. 5. Перенапряжение зрительных анализаторов 77
9. 1. 3. 6. Отклонение показателей микроклимата 78
9. 1. 3. 7. Электробезопасность 78
9. 1. 3. 8. Пожаровзрывобезопасность 78
9. 2. Экологическая безопасность 79
9. 2. 1. Анализ влияния объекта исследования на окружающую 80
среду
9. 2. 2. Анализ «жизненного цикла» объекта исследования 80
9. 2. 3. Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 81
9. 3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 81
9. 3. 1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать 82
объект исследований
9. 3. 2. Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при 82
исследовании объекта
9. 3. 3. Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и 83
разработка порядка действия в случае возникновения ЧС
9. 4. Правовые и организационные вопросы обеспечения 84
безопасности
9. 4. 1. Специальные (характерные для проектируемой рабочей 84
зоны) правовые нормы трудового законодательства
9. 4. 2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей 85
зоны
Заключение 87
Список литературы 88
Приложение А (справочное). Mapping robot based on stereo 93
camera
Приложение Б. Структурная схема системы 102
Приложение В. Блок управления роботом-картографом. Схема 103
электрическая принципиальная
Приложение Г. Спецификация элементов схемы электрической 105
принципиальной
Приложение Д. Алгоритм для Unity3D 107
Приложение Е. Листинг для Unity3D 108
Приложение Ж. Алгоритм для Raspberry Pi 112
Приложение З. Листинг для Raspberry Pi 113
Приложение И. Алгоритм для сервера 117
Приложение К. Листинг для сервера 118
Картографирование представляет собой процесс нанесения на карту
контуров, которые очерчивают однородные явления, и точек, отражающих
места пересечения контуров[1]. Карты служат важным источником
информации во многих областях науки и позволяют анализировать различные
явления.
Перспективы развития картографии связаны с непрерывным и
быстрым ростом использования карт и повышением их роли в экономике
страны, научно-исследовательской деятельности и других сферах.
Это объясняется множеством факторов:
1) необходимость в точной и подробной информации о земной
поверхности, природных ресурсах;
2) использование картографического метода для исследования
социально-экономических и природных явлений;
3) планирование строительства;
4) развитие народного хозяйства;
5) появления новых отраслей хозяйства, для работы с которыми
требуются знания о контурах и рельефах и т.д.[2]
Процесс развития картографирования заключается в использовании
более новых и совершенных методов с целью упрощения процесса получения
карты и получения более детализированных изображений.
С появлением ЭВМ процесс получения карт начали автоматизировать.
Уже в 1964 г. была разработана «автоматическая система для картографии».
Она была создана для автоматизированного изготовления издательских
оригиналов карт. Затем в 70-е годы автоматизированные картографические
системы (АКС) стали включать в себя цифрователи (устройства для перевода
карт в цифровую форму), дисплеи для вывода информации с возможностью
последующего редактирования и графопостроители для черчения карт[2].
Одной из движущих причин этого явления стало создание высокоточного
оружия, которое могло бы быть применено только лишь при наличии
электронных карт местности.
В настоящее время для построения карт используют еще более
совершенные методы. В частности, это связано также с развитием
робототехники. Сейчас для построения карты при помощи робота достаточно
оснастить его системой очувствления, разработать алгоритм построения карты
и способ передачи оператору.
Роботизированное картографирование (в англоязычной литературе
«robotic mapping») представляет собой процесс, в ходе которого робот создает
или использует карту местности, а также способен определить себя на этой
карте[3].
В рамках данной магистерской диссертации предметом исследования
был выбран робот-картограф. Целью являлась разработка робота со
следующим набором функций: построение карты местности и получение ее в
форме, удобной для оператора, возможность перемещения робота и пр. Более
подробно эти функции будут рассмотрены в последующих разделах.
1. Обзор литературы
1. 1. Картографирование
Для карт выделяют следующие основные функции:
1) коммуникативную (хранение и передача информации);
2) оперативную (решение различных практических задач, например,
задачи навигации);
3) конструктивную (применение карт в различных отраслях);
4) познавательную (исследования природы и общества);
5) прогностическую (предвидение явлений)[4].
Общая разработка этих методов относится к картографической науке.
Туда же относится картографический метод исследования (применение карт
для описания, анализа и познания явлений, получение новых знаний и
характеристик и их анализ).
Схема картографического метода изображена на рисунке 1.
В рамках данной магистерской диссертации был разработан робот-
картограф. Он способен работать в помещениях с небольшими неровностями
пола, которые он может преодолевать при помощи гусеничной платформы.
Также он может создавать и передавать облако точек и преобразовать их в
объемную карту местности, которая может быть использована другими
роботами.
Робот-картограф может быть использован в сферах, где работает
множество роботов. Преимущество использования такого устройства
заключается в том, что нет необходимости оснащать системой очувствления
других роботов, что позволяет сэкономить.
В дальнейшем будут вестись работы в следующих направлениях:
– опробовать другие методы для построения карты местности, чтобы
найти метод, дающий наилучшую точность в полевых условиях;
– модернизировать платформу и алгоритмы передвижения, чтобы
вывести робота на пересеченную местность;
– разработать более прочные корпусные детали для герметизации,
чтобы никакие вредные факторы не смогли оказать действия на электронику.
Планируется опробовать данного робота-картографа в области
ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций совместно с другими
роботами.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (1033 отзыва)
4.5 (330 отзывов)
4.9 (522 отзыва)
4.6 (30 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
4.5 (80 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
5 (154 отзыва)
4.6 (92 отзыва)
