5.3.2. Система управления роботом

В этом разделе описывается система управления роботом, структура которой показана на рис. 5.12. Система управления роботом содержит два компонента: экспертную систему и систему ввода/вывода.

Экспертная система получает план действий от оператора и определяет движение робота согласно плану и данным изображения, полученным с CCD камеры. План состоит в следующем:

1) старт,

2) движение вперёд,

3) поворот влево,

4) поворот вправо,

5) стоп.

Оператор выбирает пункт плана после ознакомления с ситуацией на дороге через ТВ камеру. Если план движения не включает поворотов, то робот движется прямолинейно.

Система ввода/вывода сообщается с внешними устройствами, такими как CCD камера, ТВ монитор и робот (который находится на дороге), через модуль обработки изображений и модуль управления движением.

О ПЕРАТОР

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ

ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА

СТЫК МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

БАЗА ПРАВИЛ МОДУЛЬ БАЗА ПРАВИЛ

РАСПОЗНАВАНИЯ ВЫВОДА УПРАВЛЕНИЯ

СИСТЕМА ВВОДА/ВЫВОДА

МОДУЛЬ ОБРАБОТКИ МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

ИЗОБРАЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ

CCD ТВ

КАМЕРА МОНИТОР РОБОТ

данные

команды

Рисунок 5.12. Система управления роботом

Внешний вид системы, содержащей микрокомпьютер и периферийные устройства, иллюстрирует рис. 5.13.

микрокомпьютер

ТВ монитор

CCD камера

робот

Рисунок 5.13. Внешний вид системы

Разъясним назначение модулей и внешних устройств в этой системе.

Модуль управления

Он выполняет роль руководителя других модулей при выполнении плана. Особенно важно следить за работой модуля вывода и базами правил распознавания и управления. Модуль управления выбирает правила из базы правил распознавания для поиска необходимой информации, такой как расположение в пространстве препятствий, стен и т. д. Управляющий модуль оценивает полученную информацию, распознаёт ситуацию на дороге и даёт нужные указания роботу, исходя из выбранных им правил из базы правил управления и приводит в действие модуль вывода.

Стык

Этот модуль получает план управления от оператора и передаёт его для дальнейшего использования модулю управления. В этой системе в качестве стыка используется клавиатура.

Модуль вывода

Во-первых, он совместно с базой правил распознавания анализирует данные изображения, чтобы найти необходимую информацию для дальнейших действий робота. Проследим процесс анализа изображений. Будем считать, что чёрное поле на рис. 5.14 - это препятствие, а белое поле - дорога. Граница между чёрным и белым - это позиция препятствия. Модуль вывода вычисляет приблизительную позицию препятствия относительно расположения робота на дороге. Этот модуль, используя правила распознавания, вычисляет необходимую ему информацию.

робот

Рисунок 5.14. Пороговое изображение

Во-вторых, используя метод нечёткого вывода и базу правил управления, модуль рассчитывает движение робота и передаёт полученные правила модулю управления для исполнения плана. Правила управления и модуль вывода описываются в разделе 3.

База правил распознавания

Это группа правил, созданных для распознавания дороги и для вычисления пути робота.

На рис. 5.15 показаны разновидности дорог:

а) узкая дорога,

б) перекрёсток,

в) Т-перекрёсток,

г) поворот.

а б

в г

Рисунок 5.15. Разновидности дорог

На рис. 5.16 показаны данные:

а) расстояние до препятствия находящегося впереди робота,

б) расстояние до стены,

в) расстояние до угла перекрёстка или поворота,

г) угол между направлением движения робота и углом перекрёстка или поворота,

д) ширина дороги,

е) угол отклонения движения робота от прямолинейного движения по дороге.

стена

препятствие б е

а г

в

угол д

Рисунок 5.16. Получение данных из распознаваемого изображения

База правил управления

Группа правил, которая определяет движения робота, разработана согласно плана управления. Подробно рассматривается в разделе 3.

Модуль обработки изображений

Модуль обрабатывает данные, полученные CCD камерой, и устраняет при этом шум пороговым методом либо методом фильтрации. В результате экспертная система легко распознаёт ситуацию на дороге на пути движения робота.

Модуль управления двигателем

Этот модуль принимает данные по управлению роботом из экспертной системы и передаёт код управления двигателем к моторам робота. Робот имеет два шаговых двигателя  на правом и на левом колёсах. Изменение скорости вращения любого из двигателей приводит к изменению направления движения. Код управления двигателем состоит из нескольких составляющих: во-первых, из двух скоростей поворота двигателей, во-вторых, из числа импульсов для мотора за один шаг распознавания и обработки информации.

CCD камера

Это глаз системы управления роботом. Камера поставлена спереди робота, охватывая наблюдением зону примерно от 20 до 100 см. Камера закреплена неподвижно, и это сужает её горизонтальное поле зрения, поэтому рекомендуется оборудовать её широкоугольным объективом.

ТВ экран

Оператор может наблюдать ситуацию на дороге перед роботом с телевизионного экрана. Экран необходим, когда робот находится далеко от непосредственного наблюдения оператора и при отсутствии контроля со стороны системы управления.

Робот

Управление осуществляется методом PWS, в котором применено раздельное управление правым и левым колёсами. Для того чтобы изменить курс, система изменяет скорость вращения каждого колеса и тем самым поворачивает робот влево либо вправо.