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

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.