Методи та алгоритми побудови карти середовища мобільного робота з використанням злиття сенсорних даних

Abstract

АНОТАЦІЯ Коваль В.С. Методи та алгоритми побудови карти середовища мобільного робота з використанням злиття сенсорних даних. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.23 – "Системи та засоби штучного інтелекту". Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури, Львів, 2004. Дисертація присвячена вдосконаленню відомих та розробці нових методів побудови карти середовища мобільного робота з використанням злиття сенсорних даних, які використовуються при навігації мобільних роботів в складних неструктурованих довкіллях. Запропоновано три нові методи побудови локальної карти середовища в полярній системі координат та у вигляді сітки зайнятості в 3D просторі, що базуються на статистичній і нейромережевій обробці показів ультразвукових та інфрачервоних сенсорів, а також на використанні структурованого світла і відеокамери, що дозволило зменшити обчислювальну складність в 2 рази та підвищити точність карти середовища в 1.6-6 разів. Розроблено структуру інтелектуальної підсистеми керування мобільним роботом, де шляхом оцінки часових затримок основних модулів робота обґрунтовано вибір обчислювальних засобів для задачі побудови карти середовища. Розроблено структуру програмного забезпечення системи керування мобільним роботом, яка дозволяє обгрунтувати структури даних на даталогічному рівні, а також адаптувати протокол взаємодії клієнт-сервер. Запропоновано два методи підвищення достовірності карти середовища мобільного робота шляхом подавлення завад в середньому у 3 рази. Впроваджено розроблені програмні і апаратні засоби для безперешкодної навігації мобільних роботів. Ключові слова:автономний мобільний робот, локальна карта середовища робота, штучна нейронна мережа, навчальна вибірка нейронної мережі, злиття даних, попередня обробка даних. ABSTRACT Koval V.S. The methods and algorithms of mobile robot map building using sensor fusion techniques. – Manuscript. Dissertation for Ph.D. (candidate of science) degree on specialty 05.13.23 – systems and means of artificial intelligence. State Research Institute of Information Infrastructure, Lviv, 2004. This dissertation was devoted to improvement of existing and development of new methods for local area map building of mobile robot using sensor fusion techniques. Such task is arisen in unstructured environment for navigation of mobile robots. In particular, three new methods of local area map building are offered using polar coordinate system and occupancy grid in 3D space. These methods are based on statistical and artificial neural network methods fusing of ultrasonic and infrared sensors, and also fusing of structured light and video camera. Application of proposed methods allows to decrease computational complexity in 2 times and to increase the accuracy of local area map in 1.6-6 times. The structure of intelligent mobile robot control subsystem was developed. The selection of necessary computing facilities for the task of local area map building was proved based on processing time delays of basic modules of mobile robot. The software structure for mobile robot control system was developed, that allow proving data structures at data-logical level, and updating client-server protocol. Two methods for increasing of local area map validity of mobile robot are offered. These methods allow to provide noise elimination in 3 times on average. The software and hardware where implemented for navigation of mobile robots. Keywords: mobile robot, local area map of mobile robot, artificial neural network, training set of neural network, sensor fusion, data processing.