Новости

Статьи


Применение интеллектуальных технологий для управления движением в среде с препятствиями

По истине классической задачей является разработка алгоритмов планирования движения мобильного робота (или другого транспортного средства или летательного аппарата) в среде с препятствиями.

Перед системой управления транспортным средством ставится задача планирования траектории движения к некоторой заданной целевой точке в среде с заранее неизвестными препятствиями.

Эта задача стала актуальной при появлении первых прототипов автономных или полуавтономных мобильных роботов.

Для решения этой задачи транспортное средство должно обладать развитой системой очувствления, позволяющей обнаруживать препятствия по ходу движения. Таким средством может служить система технического зрения.

Двигаясь в среде с препятствиями, транспортное средство должно, с одной стороны, стремиться к целевой точке, а, с другой стороны, обходить препятствия.

В компании "Дин-Софт" для этих целей обычно используют технологию нечеткой логики, позволяющей достаточно простым инструментами принимать решения в этой противоречивой ситуации. Причем это решение будет средневзвешенным, что позволяет реализовать плавный обход препятствий и плавное стремление к целевой точке.

Система управления движением транспортного средства строится следующим образом (рис. 1).


Рис. 1. Структурная схема системы управления транспортным средством на базе нечеткой логической системы, предназначенной для движения в среде с препятствиями


На основе информации об окружающей среде, измеряемой системой очувствления, формируется локальная карта местности. Формирование локальной карты местности является отдельной сложной задачей. Дело в том, что обычно средствами очувствления (в частности, телекамерой) невозможно охватить всю актуальную окружающую среду вокруг транспортного средства. Поэтому видимую часть этой зоны следует по ходу движения экстраполировать в невидимую часть зоны.

Информация об окружающих препятствиях, измеряемая системой очувствления, поступает на анализаторы левой, передней и правой зоны. Анализаторы сканируют соответствующую зону и формируют на выходе расстояние до ближайшего препятствия в этой зоне. Эта информация поступает для анализа в нечеткую логическую систему на входы DL, DF и DR соответственно.

Кроме того, в нечеткую логическую систему поступает сигнал пеленга (A) на целевую точку и расстояние до целевой точки (R).

На выходе нечеткой логической системы формируются сигналы q (задание на скорость поворота) и v (задание на линейную скорость движения). Сигнал на выходе q принимает любые значения в диапазоне от -1 до 1. Сигнал равный (-1) соответствует повороту налево, сигнал q равный 0 соответствует движению прямо, сигнал q равный 1 соответствует движению вперед. Аналогично, сигнал на выходе v принимает любые значения в диапазоне от -1 до 1. Сигнал равный (-1) соответствует движению назад, сигнал равный 0 соответствует остановке линейного движения, сигнал равный 1 соответствует движению вперед.

Управление исполнительными механизмами осуществляется через исполнительную подсистему. Обычно система управления исполнительными механизмами представляет собой два ПИД-регулятора по левому и правому борту.

База знаний нечеткой логической системы состоит из продукционных правил и функций принадлежности.

База знаний нечеткой логической системы представлена на рис.2.















Рис. 2. Функции принадлежности нечеткой логической системы управления движением в среде с препятствиями


База продукционных правил нечетной логической системы управления движением в среде с препятствиями представлена следующим набором правил:

  1. ЕСЛИ ЦельСлева ТО Влево1
  2. ЕСЛИ ЦельСправа ТО Вправо1
  3. ЕСЛИ ЦельДалеко ТО Ехать
  4. ЕСЛИ ЦельБлизко ТО Стоять
  5. ЕСЛИ ОпасностьСлева ТО Вправо2
  6. ЕСЛИ ОпасностьСправа ТО Влево2
  7. ЕСЛИ ОпасностьПрямо ТО Стоять

Нечеткая логическая система последовательно выполняет все правила. При этом при активизации правила определяется достоверность его левой части. Эта достоверность изменяется от 0 до 1 (см. соответствующую функцию принадлежности). Значением достоверности отсекается выходная функция принадлежности и объединяется с другими активизированными функциями принадлежности. Таким образом, после выполнения всех правил на выходе формируется фигура. Положение центра масс этой фигуры является значением соответствующей выходной переменной.

Таким образом, правила 1 и 2 обеспечивают стремление транспортного средства к целевой точке. Их приоритет достаточно низкий, т.к. при их активизации выбираются функции принадлежности <Влево1> и <Вправо1>, имеющие относительно низкую массу.

Правила 5 и 6 обеспечивают уклонение транспортного средства от препятствий. Приоритет этих правил намного выше, чем приоритет правил 1 и 2, т.к. при активизации правил 5 и 6 выбираются функции принадлежности <Вправо2> и <Влево2>, имеющие достаточно большую массу.

Правила 3, 4 и 7 регламентируют скорость движение транспортного средства к целевой точке.



[ Назад ]
Дизайн ООО "ДинСофт"