Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Кычкин А.В. 1 Артемов С.А. 1 Власов В.А. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Модульная организация сенсорной и управляющей системы мобильной интеллектуальной платформы ориентирована на системное решение задач по обеспечению возможности анализа сцен окружающего мира и возможности избегания опасных режимов функционирования, определению параметров наблюдаемых объектов. Модульная структура включает блоки автоматизированного рабочего места, интеллектуальной системы управления робота, системы управления исполнительными механизмами, системы управления сенсорами. Система управления сенсорами подает команды на их включение или отключение. Предложен алгоритм формирования состава сенсорной и управляющей систем, заключающийся в формировании входных критериев, их анализе, определении необходимых блоков выбора элементов систем и формировании параметров элементов системы. Полный набор элементов производится путем последовательного выбора выходных параметров в соответствии с набором частных критериев. Предложенный подход к модульной организации представляет собой концепцию наращиваемой структуры аппаратно-технического обеспечения измерений и управления мобильной интеллектуальной платформы. Работа выполнена в соответствии с государственным заданием (заказ-наряд 1047) по теме «Создание мобильной интеллектуальной платформы на базе технологии виртуальной реальности, элементов и систем управления, пригодных для эксплуатации в экстремальных условиях внешней среды».

Статья в формате PDF

629 KB

мобильная интеллектуальная платформа

модульная структура

сенсорная система

система управления

1. Мартыненко Ю.Г. Управление движением мобильных колесных роботов // Фундаментальная и прикладная математика. – 2005. – Т. 11. – Вып. 8. – С. 29–80.

2. Капустян С.Г., Нещадим И.Л. Об одном подходе к построению распределенных, самоорганизующихся и реконфигурируемых информационно-управляющих систем наземных транспортных средств // Мехатроника, автоматизация, управление: сб. Материалов Международной научно-технической конференции. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. – С. 85–91.

3. Кычкин А.В., Бакунов Р.Р., Мехоношин А.С. Оценка возможности работы подвижной сенсорной сети АСУТП в режиме реального времени // Датчики и системы. – 2012. – № 7. – С. 8–13.

4. Кычкин А.В. Модель синтеза структуры автоматизированной системы сбора и обработки данных на базе беспроводных датчиков // Автоматизация и современные технологии. – 2009.– № 1. – С. 15–20.

5. Петроченков А.Б., Даденков Д.А., Поносова Л.В. К вопросу о классификации автоматизированных систем управления // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2009. – № 3. – С. 243–255.

6. Кычкин В.И., Кычкин А.В., Юшков В.С. Принципы проектирования мобильных лабораторий и вибродиагностика состояния автомобильных дорог // Вестник ПГТУ. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. –Пермь: Изд-во ПГТУ, 2010. – № 1. – С. 82–92.

Классификация мобильных колесных роботов по их конструктивному исполнению, а также аппаратно-техническому обеспечению крайне широка [1–3]. Обилие вариантов реализации платформ обуславливается широким спектром применения: перевозка грузов, исследование или обработка/очистка территории, экологический мониторинг, измерения параметров протяженных объектов, тушение пожаров, поиск пострадавших в завалах, исследование труднодоступных мест и др.

На практике колесные роботизированные платформы ориентированы на решение конкретной задачи, что в целом затрудняет их применимость в смежных приложениях. Часто небольшое изменение условий эксплуатации робота или постановка новой задачи приводят к необходимости существенного изменения аппаратно-технического обеспечения. Перспективным направлением обеспечения эффективного наращивания функций в рамках единой структуры мобильного колесного робота представляется модульная организация систем измерений и управления. Модульная структура аппаратно-технического обеспечения расширяет диапазон функциональных возможностей и создает предпосылки для автоматического выбора конфигураций робота.

Модульный принцип построения сенсорной и управляющей систем мобильной платформы

Основные задачи разрабатываемой платформы, такие как обеспечение возможности анализа сцен окружающего мира и возможности избегания опасных режимов функционирования, определение параметров наблюдаемых объектов, решаются с использованием сенсорной системы [3]. Выделим базовые сенсоры, используемые для решения сформулированных задач (табл. 1).

На рис. 1 выделено бортовое и дистанционное управление мобильным роботом. Уровень дистанционного управления представлен автоматизированным рабочим местом (АРМ), с которого поступают основные команды управления на интеллектуальную систему управления (ИСУ) мобильного робота, систему управления исполнительными механизмами (СУИМ) и систему управления сенсорами (СУС).

Таблица 1

Базовый набор сенсорной подсистемы

К ИСУ от АРМ подаются команды высокого уровня с указанием направления движения или целевого объекта, для СУИМ – например, команды ограничения скорости, а для СУС – команды на отключение или включение сенсоров. В ИСУ заложены алгоритмы поведения мобильного робота, например, алгоритм объезда препятствий, алгоритм «инстинкта самосохранения», самодиагностика и др.

С учетом особенностей задач и данных табл. 1 построим модульную структуру сенсорной системы [4] и покажем ее связь с системой управления [5] (см. рис 1).

Сенсоры разделены на две категории: группа независимых сенсоров НС (показания не зависят или не должны зависеть от факторов окружающей среды) и группа зависимых сенсоров ЗС (показания зависят от факторов окружающей среды).

Данные поступают с ЗС на ИСУ в основном для выполнения задач по определению параметров наблюдаемых объектов. Каждый сенсор относится к определенной категории влияющих факторов внешней среды (ФВС): зависимые от времени суток (ЗВС), зависимые от погодных условий (ЗПУ), зависимые от дыма, пыли (ЗДП) или зависимые от шума (ЗШ). У каждого сенсора есть ключ, управляемый СУС, разрешающий (ключ замкнут) или запрещающий (ключ разомкнут) работу сенсора.

Рис. 1. Модульная структура сенсорной подсистемы мобильной платформы

Информация с НС передается на СУС, ИСУ и АРМ. В СУС поступает информация с НС, которые определяют ФВС. Исходя из этих данных, СУС осуществляет управление включением-выключением сенсоров. СУС может получать данные и с других НС, например, с датчика разряда батареи для своевременного отключения энергоемких сенсоров, с датчика температуры, для отключения сенсоров, которые при данной температуре отображают недостоверную информацию.

В ИСУ поступает информация с НС, необходимая для ориентации в пространстве (компас, акселерометр, энкодер и т.д.) и для определения работоспособности робота (датчик разряда батареи, энкодер, датчик температуры). В АРМ поступает информация с НС, зависящая от конкретных целей, обычно, с небольшого числа сенсоров, обусловленного большим расстоянием между мобильным роботом и диспетчерским пунктом управления.

Формирование состава сенсорной и управляющей систем мобильной платформы

На основе опыта проектирования мобильных приложений [6] и с учетом приведенной схемы построим обобщенную структурную схему мобильной интеллектуальной платформы (рис. 2), содержащую Д – датчик; БН – блок независимых датчиков; БЗ – блок зависимых датчиков; БД – блок двигателя; ДР – драйвер двигателя; Двиг – двигатель; ДТ – датчик тока; ЭН – энкодер.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема мобильной платформы

Формирование состава сенсорной и управляющей систем будем осуществлять по последовательному алгоритму с учетом блоков обобщенной схемы. Схема формирования состава представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема формирования состава сенсорной и управляющей систем

Элементы мобильной платформы будем выбирать согласно характеристикам, выбранным по критериям табл. 2 [7].

Заключение

Предложенный подход к модульной организации представляет собой концепцию наращиваемой структуры аппаратно-технического обеспечения измерений и управления мобильной интеллектуальной платформы и последовательный алгоритм выбора ее элементов.

На основании исходных данных объекта роботизации формируются входные критерии, которые поступают на вход блоков выбора элементов систем. На выходе блоков формируются параметры, которые в свою очередь определяют элемент системы измерений и управления и так же поступают на входы других блоков схемы. Полный набор элементов платформы производится путем последовательного выбора выходных параметров в соответствии с набором частных критериев.

Таблица 2

Обозначение частных критериев для выбора элементов модульной структуры мобильной платформы

Рецензенты:

Кавалеров Б.В., д.т.н., доцент, заведующий кафедрой электротехники и электромеханики, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь;

Казанцев В.П., д.т.н., профессор кафедры микропроцессорных средств автоматизации, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь.

Работа поступила в редакцию 30.10.2013.

Библиографическая ссылка