Главная » 2014 » Август » 23 » Скачать Методы построения интеллектуальных систем планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде. Чинь Суан Лонг бесплатно
04:09
Скачать Методы построения интеллектуальных систем планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде. Чинь Суан Лонг бесплатно
Методы построения интеллектуальных систем планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде
Диссертация
Автор: Чинь Суан Лонг
Название: Методы построения интеллектуальных систем планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде
Справка: Чинь Суан Лонг. Методы построения интеллектуальных систем планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде : диссертация кандидата технических наук : 05.02.05 / Чинь Суан Лонг; [Место защиты: Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (Новочеркас. политехн. ин-т)] - Новочеркасск, 2010 - Количество страниц: 139 с. ил. Новочеркасск, 2010 139 c. :
Объем: 139 стр.
Информация: Новочеркасск, 2010
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ
11 Анализ методов планирования перемещения мобильного робота
12 Особенности планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде
13 Анализ методов планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде с использованием нечеткой логики и нейронных сетей
131 Нечеткая логика для планирования перемещения мобильного робота
132 Использование нейронных сетей для планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде
133 Применение комбинации нейронных сетей и нечеткой логики для планирования перемещения мобильного робота
14 Оперативное управление перемещением мобильного робота в неизвестной среде
15 Постановка цели и задачи исследования
16 Выводы
Глава 2 РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МОБИЛЬНОГО РОБОТА В НЕИЗВЕСТНОЙ СТАТИЧЕСКОЙ СРЕДЕ
21 Геометрическое моделирование и кинематика мобильного робота в неизвестной окружающей среде
22 Построение интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной статической среде с помощью аппарата мультиагентов
221 Разработка блока переключения
222 Разработка моделей нечетких блоков системы планирования перемещения мобильного робота
23 Моделирование интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной статической среде с помощью аппарата мультиагентов
231 Моделирование интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в агенте обхода препятствий
232 Моделирование интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в агенте слежения по стене
233 Моделирование интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в агенте движения к цели
234 Моделирование интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной статической среде
24 Выводы
Глава 3 РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМОБИЛЬНОГО РОБОТА В НЕИЗВЕСТНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СРЕДЕ
31 Разработка интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной динамической среде с помощью аппарата мультиагентов
32 Разработка нейронной сети для,классификации ситуаций окружающей среды и переключения межу ними
33 Разработка нечетких блоков для агентов в составе интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота
34 Моделирование интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной динамической среде с помощью аппарата мультиагентов
35 Выводы
Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕ
ЩЕНИЕМ МОБИЛЬНОГО РОБОТА В НЕИЗВЕСТНОЙ СРЕДЕ
41 Разработка экспериментальной модели системы оперативного управления мобильным роботом в неизвестной среде
411 Построение экспериментальной системы
412 Описание экспериментального макета мобильного робота
413 Датчики расстояния экспериментального макета
414 Датчики скорости вращения серводвигателей
415 Интерфейсные электронные модули ввода-вывода
42 Алгоритм оперативного управления
43 Экспериментальные исследования интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде
431 Экспериментальное исследование для агента движения к цели
432 Экспериментальное исследование для агента слежения по стене
433 Экспериментальные исследования системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде
44 Выводы
Введение:
Актуальность проблемы. Мобильные роботы находят все более широкое применение для выполнения различных задач в условиях, когда присутствие человека в зоне их работы или невозможно по соображениям безопасности, либо же нежелательно из-за ограничения производительности обслуживаемого ими технологического оборудования. В виду своей оперативности мобильные роботы широко используются практически во всех сферах жизнедеятельности человека, особенно в. военных и промышленных областях, а также, например, при исследовании других планет. Планирование перемещения мобильного робота является важнейшей проблемой функционирования автономных робототехнических систем. и одной из наиболее активно исследуемых областей современного научно-практического знания. Решение задачи планирования'перемещения-робота охватывает вопросы, связанные с такими- научными областями, как искусственный1 интеллект, вычислительная геометрия, компьютерное моделирование и теория автоматического управления: Автоматизация процесса планирования* перемещения^ прш минимизации • затрат времени на подготовительно-заключительные операции- и ускорении процесса переключения робота с одного производственного задания- на* другое, является основой'для организации гибкого производства.
Целью планирования1 перемещения мобильного робота является обеспечение желаемой траекторию его движения, робота, когда он следует по планируемому пути в соответствии с управляющими воздействиями. Большинство исследований, посвященных проблеме планирования перемещения робота без столкновения с препятствиями! на его пути на основе применения» нейронных сетей и нечеткой логики, проводились в условиях известной окружающей среды. Решение рассматриваемой проблемы с помощью нечеткой логики является общепризнанным, так как в этом случае механизм принятия решения' всегда позволяет генерировать ответные движения робота, вызванные появлением препятствия на его пути. 5
В свою очередь, эффективность использования в рамках данной проблемы нейронных сетей в основном зависит от степени обученности конкретной сети, тогда как самая простейшая модель нечеткой логики вырабатывает требуемый выходной сигнал без какого-либо обучения. Дальнейший поиск решения задачи планирования перемещения робота в режиме реального времени в неизвестной среде с использованием нечеткой логики реализуется посредством применения нейронной сети, обученной правилам нечеткой логики. В этом случае комбинированная нейро-нечеткая система способна более эффективно обучаться и решать проблемы, связанные с нелинейными' системами. Это отражено лишь в небольшом количестве научных работ. Таким образом, решение этих проблем является весьма актуальной научно-технической проблемой.
Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным? программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления' ЮРГТУ (НПИ) «Теория^ и принципы создания робототехнических и мехатронных систем- и комплексов», соответствует госбюджетной теме П.3.837 «Разработка-принципов и средств автоматизации и роботизации производства на основе мехатронных технологий и систем» (2004-2008 гг.) и П.3.865 «Разработка теории и принципов построения интеллектуальных мехатронных и робототехнических систем» (2009-2013 гг.).
Целью исследований является разработка методов построения интеллектуальных систем планирования перемещения мобильного робота, обеспечивающих выполнение им планируемой- и уточняемой-непосредственно в процессе движения безопасной траектории в окружающей' среде с неизвестными препятствиями.
Достижение поставленной цели требует решения следующих исследовательских задач:
• анализ современных концепций и методов разработки систем планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде;
• разработка интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной статической среде и выполнение ее моделирования;
• разработка интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной динамической среде и моделирование полученной системы;
• проведение экспериментальных исследований интеллектуальной системы оперативного управления перемещением мобильного робота в неизвестной среде.
Идея работы заключается в разработке методов построения интеллектуальных систем планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде на базе применения аппарата мультиагентов, нечеткой логики и искусственных нейронных сетей, обеспечивающих выполнение им планируемой и уточняемой непосредственно в процессе движения безопасной траектории в окружающей среде с неизвестными препятствиями.
В качестве методов исследования использованы методы математического моделирования, аналитической геометрии, кинематического и динамического анализа, нечеткой логики, нейронных сетей, робототехники, мехатроники, дискретного интегрирования и прикладного программирования. Аналитические исследования проведены на ЭВМ, а экспериментальные - с использованием модели мобильного робота.
Научные положения, выносимые на защиту:
• метод построения интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной статической среде с помощью аппарата мультиагентов, включающий создание четырех агентов: обхода препятствий, слежения по стене, движения к цели, управления скоростью и соответствующих им нечетких блоков;
• метод построения модели нейронных сетей для классификации окружающей среды на агенты и последовательности переключения между ними, отражающий все возможные местоположения препятствий, возникающих на пути робота; метод построения интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной динамической среде с помощью аппарата мультиагентов, включающий комбинацию нейронных сетей и нечетких блоков; с целью обеспечения перемещения мобильного робота без столкновений с препятствиями; метод построения алгоритма оперативного управления перемещением мобильного робота в неизвестной среде с помощью аппарата мультиагентов на базе разработанной интеллектуальной системы.
Научная новизна работы состоит в разработке: метода построения интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной статической среде с помощью аппарата мультиагентов, отличающегося использованием нечетких блоков, соответствующих каждому из> агентов, и локализацией решения задачи планирования- перемещения робота в каждой возникающей конкретной ситуации, позволяющего повысить точность и-эффективность планирования перемещения; метода построения* модели нейронных сетей для классификации окружающей среды на агенты и последовательности переключения между ними, на базе разработанной классификационной таблицы, позволяющей сократить количество подлежащих распознаванию ситуаций неизвестной среды; метода построения интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной динамической среде с помощью аппарата мультиагентов, включающего комбинацию нейронных сетей и нечетких блоков, отличающегося использованием модели нейронных сетей для классификации окружающей среды, с целью обеспечения перемещения мобильного робота без столкновений с препятствиями.
Обоснованность и достоверность результатов* подтверждается корректным использованием фундаментальных законов физики, теории1 автоматического управления, моделирования, выполненными' с использованием современных ЭВМ и программных пакетов для проведения расчетов и обработки результатов экспериментов; применением современных апробированных методов исследований; удовлетворительной сходимостью результатов компьютерного моделирования и экспериментального исследования.
Значение работы. Научное значение работы- состоит в развитии и совершенствовании методов построения интеллектуальных систем, основанных на сочетании возможностей нечеткой^ логики и искусственных нейронных сетей и реализующих процессы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде.
Практическое значение полученных в работе результатов заключается в разработке:
• метода построения интеллектуальной1 системы планирования перемещения» мобильного робота в неизвестной среде с помощью аппарата мультиагентов, позволяющего эффективно» решать проблему использования роботов в ситуациях отсутствия информации об окружающей среде, обеспечивая их безопасное перемещение по траектории, свободной от столкновений с неизвестными? препятствиями;
• метода построения алгоритма оперативного управления перемещением мобильного робота в неизвестной среде с помощью аппарата мультиагентов на базе разработанной интеллектуальной* системы, обеспечивающего своевременную реакцию робота на появляющиеся на его пути непредвиденные препятствия;
• пакета программ, обеспечивающих возможность моделирования окружающей среды движения мобильного робота в условиях вероятности 9 появления на его пути неизвестных препятствий, а также функционирования интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде, применяемых в различных сферах производства, при проведении научных исследований и в учебном процессе.
Внедрение результатов диссертационного исследования.
Разработанные методы построения интеллектуальных систем планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде внедрены в ООО «ПК «НЭВЗ» (г. Новочеркасск Ростовской обл.). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Автоматизация производства, робототехника и мехатроника» ЮРГТУ (НПИ) для студентов специальности 22040265 «Роботы и робототехнические системы» и 22040165 «Мехатроника».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы излагались в научных статьях и докладывались на международной научно-технической конференции «Проблемы мехатроники 2006» (Новочеркасск, 2006 г.), международной научно-практической конференции «Мехатроники 2008» (Новочеркасск, 2008 г.), 2-й Российской мультиконференции по проблемам управления (Санкт-Петербург, ЦНИИ «Электроприбор», 2008), 58-й научной конференции ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2009 г.).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе в 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, а также получен патент на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и одного приложения. Общий объем работы составляет 123 страниц машинописного текста, содержит 60 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 79 наименований.
