Кафедра301 Рациональное управление объектами теория и приложения

Начало

Область поиска

Xmin, Ymin

Xmax, Ymax

Максимальный радиус Rmax

Создание массива для хранения точекокружностей

С[Xmax - Xmin]

[Ymax - Ymin][Rmax]

Определение шага изменения для значения a и b (ha,hb).

Выделение массива активных точек кадра изображения

(Xi, Yi), i = 1..k

a = Xmin

b = Ymin

i = 1

R = sqrt((Xi-a)^2 - (Yi-b)^2)

C[a][b][R] = C[a][b][R]+1

		Да
i < k					i := i + 1
	Нет		Да
b < Ymax					b := b + hb
	Нет		Да
a < Xmax
					a := a + ha
	Нет

Вмассиве С[a][b][R]

найти максимум

Восстановить активные точки для максимального значения С

a, b, R

Конец

Рисунок 6.7 – Блок-схема алгоритма преобразования Хафа для поиска окружностей

240

Начало

Маршрут

движения АР,

R, цветовая

модель

Получение видео-

последовательности

Выделение кадра видео-

последовательности

Размытиеграниц

изображения с помощью

медианного фильтра

Преобразование

изображения в необходимое

цветовое пространство

Клонирование изображения

и преобразование в градации

серого

Поиск визуального

Перемещение АР

ориентира методом

по маршруту

преобразования Хафа

Нет

Да

Ориентир

определен?

Выделение ориентира на изображении

Преобразование экранных координат визуального ориентира

Определение линейных и угловых смещений визуального ориентира относительно центра кадра

Формирование управления АР по приближениюк ориентиру

Угловое положение визуального ориентира и дальность до ориентира

Конец

Рисунок 6.8 – Блок-схема идентификации визуального ориентира

241

Начало

radius = const

		Нет	Rпол = 90	Да
Нет			Да	Остановка
	Rпол < 90			мобильного
				робота
Движение назад		Движение вперед		Конец
Рисунок 6.9 – Блок-схема формирования движения робота
для локализации визуального ориентира

Для экспериментальной отработки алгоритма был проведен эксперимент с трехколесным АРи визуальнымориентиромв видекрасного шара(рисунок6.10).

Рисунок 6.10 – Схемапроведения эксперимента

242

Основное положение испытаний – условие о необходимости проведения экспериментов на поверхности с покрытием, обеспечивающим движение колес робота без проскальзывания при достаточном освещении. Другое условие эксперимента − наличие одного визуального ориентира вблизи АР, так как используемый алгоритм локализирует только один визуальный ориентир.

В ходе выполнения экспериментальной отработки были сформированы облик экспериментальной установки и условия испытаний АР, реализован алгоритм функционирования робота при движении к визуальному ориентиру и получены экспериментальные оценки для значений дальности и угла рыскания при поворотеАРна визуальныйориентир (рисунок6.11 – 6.22).

Рисунок 6.11 – Окно с координатами центра визуального ориентира на матрице камеры

Рисунок 6.12 – Окно с видеоизображением визуального ориентира на расстоянии 63 см

243

Рисунок 6.13 – Окно с видеоизображением визуального ориентира на расстоянии 32 см

Рисунок 6.14 – Окно командной строки после завершения роботы программы

В результате выполнения алгоритма управления роботом в соответствии с поставленной задачей были получены оценки расстояния до визуального ориентира при движении робота, а также угла рыскания относительно центра определенного визуального ориентира.

244

245

Рисунок 6.15 – Зависимость расстояния	Рисунок 6.16 – Зависимость угла рыскания от числа
до визуального ориентира от числа измерений	измерений

Рисунок 6.17 – Погрешность определения	Рисунок 6.18 – Погрешность определения угла
расстояния до визуального ориентира	рыскания

246

Рисунок 6.19 – Погрешность функционирования	Рисунок 6.20 – Погрешность функционирования
оптического датчика при определении расстояния	оптического датчика при определении угла рыскания
до визуального ориентира

Рисунок 6.21 – Интервальная оценка значения	Рисунок 6.22 – Интервальная оценка значения угла
дальности до визуального ориентира	рыскания

Выводы

1.Окружающая среда, в которой происходит движение АР, характеризуется ситуационной неопределенностью, обусловленной рядом дестабилизирующих факторов. Такую ситуационную неопределенность необходимо уменьшать посредством процедур оперативного диагностирования внешней среды при движении АР по траектории.

2.Процедуры диагностирования должны обнаруживать препятствия, локализовывать и идентифицировать их, т. е. обеспечивать получение полного диагноза.

3.Использование в системах управления АР технического зрения позволяет существенно снизить ситуационную неопределенность, связанную с информацией о среде движения робота, в части его локального позиционирования, определения препятствия для движения, угловой ориентации, положения выбора безопасной траектории движения и параметров движения.

4.Для аппаратной реализации современных систем технического зрения АР целесообразно применение одноплатной платформы Raspberry Pi с рекомендуемой производителем операционной системой Raspbian. При этом базовым языком программирования также является Python с совместным использованием ресурсов библиотек Pillow и Open CV.

5.Анализ алгоритмов решения навигационных задач, основанных на обработке видеоинформации, показал, что большинство из них обладают соизмеримой вычислительной точностью, но существенно отличаются по точности получаемых результатов. Один из эффективных алгоритмов поиска визуальных ориентиров – метод преобразований Хафа.

6.В ходе выполнения экспериментальной отработки были сформированы облик экспериментальной установки и условия испытаний АР, а также реализован алгоритм функционирования робота при движении к визуальному ориентиру, получены экспериментальные оценки для значений дальности и угла рыскания при повороте АР на визуальный ориентир.

247

VII	ИССЛЕДОВАНИЕ СЕРВОПРИВОДА 15Л464
	В ШТАТНОМ И НЕШТАТНОМ РЕЖИМАХ
	Долог путьпоучений, короток и успешен путь примеров.
	Луций Анней Сенека (ок. 4 в. до н.э. − 65 в. н.э.) − государственный
	деятель, философ, писатель

Сервоприводы используют в качестве исполнительных элементов в системах управления летательными аппаратами различного назначения. Актуальным представляется исследование функциональных возможностей сервопривода по парированию вариаций характеристик, вызванных дестабилизирующими воздействиями.

7.1 Назначение и устройство сервопривода 15Л464

Сервопривод 15Л464 используют в определённом классе ракет для управления рулевыми поверхностями, а в учебном процессе − на лабораторном стенде (рисунок 7.1) в лаборатории «Исполнительных устройств и сервоприводов» (рисунок 7.2) [1].

Сервопривод – это преобразователь электрического сигнала управления в механическое перемещение управляющего органа.

Исследуемый привод (рисунок 7.3) представляет собой следящую систему, состоящую из исполнительного элемента, преобразующего электрическую энергию в механическую, сравнивающего устройства, усилителя мощности и датчика обратной связи.

Рисунок 7.1 – Внешний вид лабораторной установки для исследования характеристик сервопривода 15Л464

248

Рисунок 7.2 – Лаборатория	Рисунок 7.3 – Внешний вид
исполнительных устройств	исследуемого сервопривода
и сервоприводов

Выходной вал электродвигателя совершает вращательное движение с определенной угловой скоростью, которой соответствует угол отклонения на выходе редуктора. Таким образом, привод является позиционным.

На рисунке 7.4 показана функциональная схема исследуемого сервопривода.

mН (t) ЭДf.

ωfЭД (t)

u	З(t)	u(t)	u	УМ (t)	′	(t)	Р	(t)	ϕ(t)
					ωЭД		ωЭД
ЗУ			УМ		ЭД				Р
		uД (t)
					Д

Рисунок 7.4 – Функциональная схема исследуемого сервопривода: ЗУ – задающее устройство; УМ – усилитель мощности;

ЭД – электродвигатель; Р – редуктор; Д – датчик; uз(t) – задающее воздействие; u(t) – сигнал рассогласования; uум (t) – сигнал на выходе усилителя мощности; mн (t) − момент нагрузки на валу электродвигателя;

ωэд(t) − угловая скорость ЭД; ωfэд(t) – изменение угловой скорости ЭД

от mн (t); ωрэд(t) − результирующая угловая скорость; ϕ(t) – угловое положение выходного вала привода; uд(t)– напряжение с выхода датчика угла

В качестве исполнительного элемента используют электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, а в качестве датчика − потенциометрический датчик угла.

249