Синтез законов управления подвижными объектами с использованием компьютерного зрения

Уткин Алексей Васильевич
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе рассматриваются вопросы практической реализации закона управления мобильным роботом с визуальной обратной связью. Робот имеет две степени свободы на плоскости и жестко закрепленную на нем камеру. Задача состоит в позиционировании относительно определенного объекта с учетом внешнего возмущения. Управление осуществляется по схеме Image-based visual servo control, позволяющей использовать визуальную информацию в контуре обратной связи без применения триангуляции. Ключевые точки извлекаются при помощи двух алгоритмов: ORB и AKAZE. Для учета динамики робота синтезируется регулятор с многоцелевой структурой. Приведено описание программного комплекса виртуальной реальности для проверки алгоритмов компьютерного зрения, а так же представлены результаты испытаний системы управления в этой среде.

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Глава 1. Разработка закона управления колесным роботом с ис-
пользованием алгоритмов компьютерного зрения . . . . . 6
Глава 2. Проверка закона управления в среде MatLab . . . . . . . . 8
Глава 3. Проектирование программного комплекса c элементами
виртуальной реальности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1. Gazebo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2. Robot Operating System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3. Turtelbot3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.4. Выбор метода извлечения ключевых точек . . . . . . . . . . 12
3.5. Объединение выбранных частей в комплекс . . . . . . . . . 13
Глава 4. Тестирование программного комплекса . . . . . . . . . . . 14
Глава 5. Введение учета динамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.1. Модель робота с учетом динамики . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.2. Моделирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Современная промышленность движется по направлению полной ав-
томатизации производственного процесса. Одно из характерных решений
автоматизации — замена человека на робота. Неотъемлемой частью робота
является набор датчиков, наибольший потенциал среди которых имеет видео-
камера. В статье [1] описаны методы, позволяющие реализовывать управление
с визуальной обратной связью или Visual servo control (VS). Частный случай,
называемый Image-Based VS (IBVS), позволяет осуществлять управление без
триангуляции положения камеры. Такой метод может быть применен к зада-
чам следования в колонне и позиционирования в конкретной точке, которые
являются типичными в логистике промышленного склада.
Немаловажным фактором, характеризующим современные задачи авто-
матического управления, является повышение требований к динамике управ-
ляемого движения подвижного объекта в различных режимах работы. В част-
ности, нередко требуется обеспечение заданного поведения системы в слу-
чае наличия внешних возмущений различного характера. Таким образом,
при проектировании системы управления необходимо принимать во внима-
ние динамику управляемого объекта и выдвигаемые требования к качеству
управления.
Современный уровень развития компьютерных технологий позволяет
осуществлять проверку и анализ алгоритмов управления при помощи моде-
лирования на электронной вычислительной машине (ЭВМ), тем самым ис-
ключая из результатов ошибку, связанную с неидеальностью реальных управ-
ляемых объектов. В случае алгоритмов VS использование компьютерного
зрения накладывает на моделирующий комплекс требование о возможности
моделирования трехмерного пространства и получении его изображения с
виртуальной камеры.
Данная работа рассматривает вопросы управления с визуальной обрат-
ной связью мобильным роботом с двумя степенями свободы, а также вопросы
проверки полученных соотношений в среде виртуальной реальности.
Постановка задачи
Рассмотрим двухколесного робота с возможностью поворота на месте.
Камеру на роботе данного типа логично расположить таким образом, чтобы
ее оптическая ось совпадала с осью поступательной степени свободы робота.
Введем следующие системы координат. Пусть Ox∗ y ∗ z ∗ — неподвижная
система координат, связанная с Землей, Or xyz — система координат, соот-
ветствующая роботу, а Oc x0 y 0 z 0 — система координат камеры. Все системы
координат являются правыми.
Математическая модель кинематики колесного робота, движущегося
на плоскости, имеет вид



 x˙∗ = v cos(φ),

y˙∗ = v sin(φ),


φ̇ = ω,

В ходе выполнения настоящей работы получены следующие результаты:

1. Разработан метод синтеза управления с многоцелевой структурой, обес-
печивающий позиционирование мобильного робота в положении с же-
лаемым изображением с камеры.

2. Разработан моделирующий комплекс виртуальной реальности, позво-
ляющий производить моделирование движения мобильного робота под
управлением с визуальной обратной связью с учетом динамики и внеш-
них возмущений.

3. Протестирован моделирующий комплекс и проведена численная про-
верка синтезированного закона управления. В ходе тестирования про-
ведено сравнение методов извлечения ключевых точек AKAZE и ORB.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Кооперативные игры на гиперграфах
    📅 2019год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет