Диссертация (1090784), страница 17
Текст из файла (страница 17)
в эксплуатацию научно-исследовательскаялабораториякафедрыпроблемуправленияМИРЭА,оснащеннаясовременным робототехническим оборудованием. В рамках настоящегодиссертационногоисследованиядлянатурногомоделированиямногоагентной робототехнической системы были использованы 3 мобильныхроботов KUKA youBot и 16 камер видеонаблюдения для осуществлениявизуальной навигации (рис. 5.6).Рис. 5.6. Универсальный полигон МИРЭА для отработки технологий интеллектуального исетецентрического управления автономными роботами и многоагентнымиробототехническими системамиМобильный робот KUKA youBot представляет собой подвижнуюплатформу, на которой установлен пятиосевой манипулятор с двумяпальцами захвата.
Вместо собственного контроллера он оснащен печатнойплатой и интерфейсом на базе EtherCAT с электронным электроприводом.Робот также имеет открытые интерфейсы и управляется с помощьюпрограммного обеспечения с открытым исходным кодом [44].126Бортовая система управления KUKA youBot работает под управлениемпроцессора Intel Atom 1700 МГц. Доступный объем оперативной памятисоставляет 2 Гб. На борту робота установлена операционная система Ubuntu12.04. Платформа также оснащена USB-разъемами для подключенияинформационно-измерительных устройств. Так, сенсорное оснащение роботавключает следующие аппаратные средства: одометрические датчики для приближенной оценки перемещения иповорота подвижной платформы; лазерный дальномер Hokuyo URG-04LX-UG01 (диапазон измерения 5,6м;сектор сканирования 240°, разрешение: 0,36°, скорость сканирования100мс/скан., габаритные размеры 50х50х70мм, вес 160г, потребляемыйток 500мА, напряжение питания 5В, интерфейс USB 2.0); стерео видеокамера Asus XTION PRO LIVE с инфракрасным датчикомглубины (область обзора 58° по горизонтали, 45° по вертикали,разрешающая способность 1280*1024 точек в режиме видеоизображения и640*480 в режиме измерения глубины сцены); роутер OmniTIK UPA-5HnD всепогодная точка доступа сдвухполяризованными антеннами с возможностью работы в режимеMESH сети (имеет 5 портов 10/100 Ethernet, встроенный 400 мВт 5 ГГц802.11a/n радиомодуль, обеспечивающий возможность подключенияклиентов с совместимыми приемо-передающими устройствами нарасстоянии до 3 км прямой видимости).Исполнительным устройством робота является 5-звенный манипуляторKUKA с двухпальцевым схватом и 4-х приводное основание с омнинаправленными колесами (крутящий момент 82 Н*м).
Вес робота составляет20 кг, допустимая нагрузка 20 кг. В зависимости от комплектации роботможет оснащаться как одним, так и двумя манипуляторами.Нарядусробототехническимоборудованиемнаучно-исследовательской лаборатории МИРЭА неотъемлемой ее частью являетсяпрограммное обеспечение, отвечающее за управление робототехническими127агентами, а также за сбор и обобщение информации об их состоянии. На рис.5.7 представлена структурная схема комплекса программных средств,лежащих в основе макетного образца МАРС, и вспомогательных аппаратныхсредств, обеспечивающих работу и информационное взаимодействие егоподсистем. Отдельного внимания заслуживает каждый из компонентовпрограммного обеспечения комплекса.Рис. 5.7.
Структурная схема аппаратно-программных средств группового управления5.3 Программное обеспечение командного центраПрограммное обеспечениекомандногоцентра(ПОКЦ)должнообеспечивать решение задач формирования команд для различных уровнейСУ роботов KUKA youBot как в ручном режиме управления одиночнымроботом, так и в автоматическом режиме группового управления МАРС.ПринятиекомплексномуправляющиханализерешенийпоступающейвПОКЦинформацииосновываетсяонаместоположенииробототехнических агентов, характере и состоянии выполнения назначенныхим прикладных задач, в соответствии с теоретическими положениями,описанными в гл. 1 – гл. 3.128Интерфейс ПОКЦ отвечает за оперативную постановку групповойзадачи, непрерывное отображение информации о ходе ее выполнения, атакже за визуализацию данных с датчиков, установленных на бортуавтономных роботов в составе МАРС.По результатам обобщения разнородной сенсорной и команднойинформации, поступающей от автономных роботов, системы навигации иоператора, ПОКЦ в режиме реального времени формирует модель средыфункционирования МАРС, включающую информацию как о положениях иориентации робототехнических агентов, так и о местоположении предметовцелевого интереса.Интерфейс ПОКЦ представлен на рис.
5.8. Окно программы содержитследующие основные группы графических элементов управления иотображения информации:1. вкладкипереключениямеждуробототехническимиагентамиврежимах ручного и автоматического управления;2. вкладка «Инструменты», отвечающая за настройку параметров ПОКЦи установку TCP-соединения с сервером визуальной навигации;3. область настройки TCP-соединения для обмена информацией с ПОавтономного робота;4.
инструменты ручного управления подвижной платформой робота;5. инструменты ручного управления манипуляционным устройствомробота;6. инструменты управления роботом в автоматическом режиме;7. область отображения видеоизображения с бортовой камеры робота;8. областьвыводаинформациипотехнического зрения робота;129результатамработысистемы130Рис. 5.8. Пользовательский интерфейс ПО командного центра.9. областьвизуализациипоказанийлидараопрепятствиях,расположенных на пути следования робота;10.графикинтегральнойоценкиместоположенияпрепятствийотносительно продольной оси робота, формируемый по показаниямбортового лидара;11.область редактирования и отправки макро-команд (на языке Lua) длявыполнения на тактическом уровне СУ робота;12.область отображения отладочной информации о выполнении роботомкомандврежимахполуавтоматическогоиавтоматическогоуправления;13.область ввода SSH-команд бортовой операционной системе робота;14.область ретрансляции текстового терминала бортовой операционнойсистемы робота, с использованием SSH-соединения;15.область отображения местоположений роботов, целевых объектов ивспомогательной информации по модели среды функционирования;16.область формирования и отправки на исполнение группового сценарияМАРС;17.область групповой отправки SSH-команд бортовым операционнымсистемам роботов и отображения информации о ходе инициализацииробототехнических агентов;18.панель мониторинга сетевого соединения с робототехническимиагентами и уровня заряда бортовых аккумуляторов.ПОКЦ разработано на объектно-ориентированном языке C# [37] ифункционирует под управлением операционной системы Microsoft Windows.Требования по производительности ЭВМ, предъявляемые к ПОКЦ (частотапроцессора 1000 МГц, занимаемая память 50 Мб) позволяют запускать его напортативных ЭВМ.1315.4 Программное обеспечение автономного роботаПрограммное обеспечение автономного робота (ПОАР), установленноена платформах KUKA youBot, реализует функционал интеллектуальнойсистемы управления автономным роботом, построенной по многоуровнемупринципу.
ПОАР включает в свой состав процедуры и структуры данных,отвечающие за следующие функциональные возможности: управление электроприводами подвижной платформы и манипулятора, атакже доступ к информации о пройденном пути и обобщенныхкоординатах звеньев; доступ к информации, поступающей от установленных измерительныхприборов (данные лидара, изображение с видеокамеры, уровень зарядааккумуляторных батарей); выполнение команд тактического уровня (перемещение в указаннуюточку, захват предмета и др.); выполнение команд стратегического уровня, соответствующих отдельнымтехнологическим операциям в рамках группового сценария (поискпредмета целевого интереса, транспортировка предмета целевого интересав указанную точку); прием информации из командного центра (информационный канал 3 нарис 5.7): а) прием управляющих команд в ручном, полуавтоматическом имногоагентном режимах; б) прием координат робота, уточненных порезультатам визуальной навигации; в) прием информации опрогнозируемых конфликтах; передача информации в командный центр (информационный канал 2 нарис.
5.7): а) передача показаний одометрии; б) передачавидеоизображения; в) передача данных сканирующего лидара; г) передачаподтверждений выполнения поставленных задач или же уведомлений оневозможности их выполнения.132ПОАР разработано на языке C++ [39] с использованием библиотекискриптовогоязыкаLuaдляисполнениямакро-командврежимеполуавтоматического управления роботом. Средой выполнения ПОАРявляется операционная система Ubuntu 12.04 [49].Вспомогательное программное обеспечение, необходимое для работыПОАР включает программную среду ROS Hydro для взаимодействия сдрайверами информационных и исполнительных устройств, а такженепосредственно драйверы: youbot-driver – драйвер исполнительных и измерительных устройствKUKA Youbot; openni2 – драйвер стереовидеокамеры Asus XTION PRO LIVE; web-video-server – сервер удаленного доступа к видеоизображениюбортовой камеры робота; hokuyo-node – драйвер сканирующего лидара; openssh-server – сервер удаленного доступа к управлению операционнойсистемой, установленной на борту робота, и передаче файлов.Необходимо отметить, что платформа KUKA youBot появилась нарынке аппаратных средств учебно-исследовательской робототехники лишьнесколько лет назад.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
