Диссертация (1090784), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Разработка лабораторного стенда велась силамистудентов 4-5 курсов с использованием предоставленных им моделей,алгоритмов и программно-алгоритмического обеспечения по планированиюдействий и распределению заданий в МАРС, описанных в гл. 2.Робототехнические агенты в составе стенда собраны на основеконструктора Lego Mindstorms NXT 2.0. Наборы LEGO Mindstormsкомплектуются набором стандартных деталей LEGO (балки, оси, колеса,шестерни) для построения механических конструкций и набором сенсоров,двигателей и программируемого блока (рис 5.1).a)б)д)в)е)г)ж)Рис.
5.1. Функциональные блоки, входящие в набор Lego Mindstorms NXT 2.0: a) датчиккасания; б) датчик звука; в) датчик освещенности; г) датчик цвета; д) ультразвуковойдатчик; е) двигатель; ж) блок-процессор NXT118Блок-процессор Mindstorms NXT, поставляемый с конструкторомMindstorms NXT 2.0, является специализированным микрокомпьютером набазе 2-х микроконтроллеров с флеш-памятью. Габариты блок-процессорасоставляют 14,5 х 9,6 х 6,1 см. Масса, без учета аккумуляторов и батареек,составляет 235 гр.
На корпусе выделяются 4 кнопки управления и, также,монохромный жидкокристаллический дисплей при разрешении в 100х60точек. Задняя сторона блока является крышкой батарейного отсека,предназначенная для установки шести элементов питания размерами АА,Нижнюю и верхнюю грань корпуса занимают порты ввода/вывода,позволяющие подключить электромоторы и сенсоры.Вычислительная основа блок-процессора Mindstorms NXT – 2микроконтроллера фирмы Atmel.
В первом - AT91SAM7S256, используется32-битный процессор ARM7TDMI при частоте ядра в 48 мегагерц. Второй микроконтроллер ATmega48, основанный на 8-битном AVR-процессоре, причастоте в 8 мегагерц.КорпусоснащенпортомUSB2.0,позволяющимподключатьустройство к компьютеру. Для более универсального варианта подключенияиспользуется адаптер Bluetooth, который позволяет Mindstorms NXTвзаимодействовать с блоками прочих наборов Mindstorms NXT 2.0, также сосмартфонами и компьютерами.
На корпусе процессора предусмотрено местодля динамика, чтобы воспроизводить звуки с качеством 8 бит, 16 килогерц[29].Ограниченность набора функциональных блоков обусловила простотуконструкции разработанного робота, тем не менее, обеспечивающуюминимально необходимые функциональные возможности для решенияразличных задач по захвату и перемещению элементов блочных конструкцийпри отработке методов и алгоритмов группового управления (рис. 5.2).119а)б)в)Рис.
5.2. Конструкция агента: вид спереди (а), вид сбоку (б), вид сверху (в)В качестве прикладной задачи, решаемой сконструированным роботом,рассматривается задача строительства блочных конструкций. Строительныеблоки представляются кубиками различных цветов, установка которых взаданной последовательности будет соответствовать возведению требуемойинженерной конструкции.При отсутствии датчиков навигации в наборе Lego Mindstorms NXT2.0, вопрос о построении подсистемы определения текущего местоположенияагентов, должен решаться с привлечением дополнительных аппаратнопрограммныхсредств.Однимизвозможныхподходовсвязансиспользованием внешней системы технического зрения, обеспечивающейконтроль за текущим местоположением и ориентацией роботов на основетехнологии распознавания символов (оптических глифов).
При такомподходекамера,расположеннаяпараллельнорабочейповерхности,анализирует изображение символьной метки, закрепленной на роботе, иопределяет координаты ее центра. Примеры символьных меток представленына рис 5.3.Рис 5.3. Оптические глифы120Последовательный анализ растрового изображения осуществляется последующему алгоритму:1. определение потенциальных местоположений символов визображении на основе поиска четырехугольных областей;2. трансформация найденных четырехугольников в квадратныеизображения;3. сравнение квадратных изображений с эталонными;4. запись координат центров всех опознанных символов.Полигон для натурных испытаний имеет размер размером 1,5×1,5 м.Условно поле разделено на три части (рис.
5.4): место старта, гдерасполагаются роботы до начала выполнения задачи (1), средняя зона, гдеслучайным образом располагаются кубики разных цветов (2) и зона сбораинженерной конструкции (3).Оператор описывает задачу построения блочной конструкции, задаваяколичество, цвет, целевое местоположение блоков, а также порядок ихустановки, выбирает необходимое количество агентов, необходимых длярешения задачи.
В ходе выполнения поставленной задачи, операторосуществляет контроль выполнения поставленной задачи по изображению свеб-камеры, расположенной над полигоном (рис. 5.5).Каждой задаче из блока постановки задач составляется описание,совместимое с бортовой СУ мобильных роботов. В рассматриваемомлабораторном стенде описание имеет следующий вид:(#RGB)XXXYYYAAA,где:(#RGB) – обозначение цвета кубика, который агенту необходимонайти. Возможные значения: r (красный), g (зеленый), b (синий).121Рис.
5.4. Макет полигона для лабораторных работ по изучению МАРСРис. 5.5. Человеко-машинный интерфейс МАРС122XXX – координаты по оси X системы навигации, куда агент должен,после нахождения кубика, доставить объект. Обязательным условиемявляется запись координат в виде трёх цифр. Примеры: 240, 010, 400, 005.YYY – координаты по оси Y системы навигации, куда агент должен,после нахождения кубика, доставить объект.
Обязательным условиемявляется запись координат в виде трёх цифр. Примеры: 120, 030, 300, 000.AAA – угол в градусах, на который агент должен повернутся подостижению цели. Был добавлен из-за неоднозначности пути агента к цели.Обязательным условием является запись в виде трёх цифр. Примеры: 155,015, 350.Так, например, запись «g080240180» означает для агента – «поместитьзеленый кубик в точку (80; 240) с ориентацией (углом) A = 180 градусов».5.1.2 Моделирование задач группового управления на базелабораторного стендаАппаратно-программное обеспечение лабораторного стенда былоиспользовано для проведения ряда экспериментов, которые подтвердилиосновные принципы построения и алгоритмы функционирования МАРС.Так, в качестве примера в табл.
5.1 приводится пошаговое описание одногоиз экспериментов.Очевидно, что исследование МАРС на макетном образце позволяетисследовать задачи, решение которых в виртуальных средах в полной мерене представляется возможным. В частности, задача визуальной навигации,возникшая при разработке лабораторного стенда, является бессмысленной врамках имитационного моделирования МАРС на ЭВМ по причинеаприорной программной доступности координат моделируемых агентов.Новтожевремянеобходимоотметить,чтоперспективыпотенциального применения МАРС в хозяйственной деятельности человекатребуют проведения комплексных исследований на робототехнических123агентах с большими функциональными возможностями по взаимодействию свнешнейсредойиобработкепоступающейинформации,нежелирассмотренные в данном параграфе.Табл.
5.1. Фрагменты эксперимента по исследованию работоспособностимакетного образца МАРС на базе LEGO MINDSTORMS NXT 2.0Стартовая позицияПодзадача G1: g080080180 – зелёный кубикОператор ставит задачу системе. В данном случае должен стоять в точке (80; 80). Подзадачана сцене присутствует 3 кубика (2 зелёных и 1 G2: g120080180 - зелёный кубик долженкрасный).Ихнеобходиморазместитьв стоять вточке (120; 80). Подзадача R:r080300180 - красный кубик должен стоять вопределенном порядке, задаваемом операторомточке (80; 300).Выполнение задачиПервыйагентнашёлзеленыйкубик,поместил его в захватное устройство иОператор наблюдает за работой системы через вебкамеру, изображение с которой поступает вчеловеко-машинный интерфейс МАРС.направляется к своей цели. Второй агентнаходится в состоянии поиска. Операции G1иG2помеченывыполнению.124какдоступныекТабл. 5.1.
Продолжение.Выполнение задачиРаспределитель задач помечает подзадачуG1 как выполненную. Так как задача G2 неПервый агент доставил объект и сообщил системе выполнена, то первый агент находится вуправления о выполнении поставленной задачи.состоянии ожидания, так как доступныхзадач на данный момент нет.Завершение задачиЗадачазавершена.Робототехническиеагенты возвращаются в исходное положение.5.2 Состав аппаратно-программного обеспечения МАРС на базероботов KUKA youBotАпробация предложенных в настоящей работе моделей и алгоритмовгруппового управления предполагает проведение серии экспериментальныхисследований на группе реальных роботов, с учетом решения вопросовнастройки и управления аппаратным обеспечением автономных агентов, ипериферийным аппаратно-программным обеспечением для организации125навигации и информационного обмена в ходе натурного моделированияМАРС.Широкие возможности для проведения подобных исследованийпредставляет введенная в 2014 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
