Синтез законов управления подвижными объектами с использованием компьютерного зрения

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,
