Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ
Приведена концепция авторского мобильного робота с элементами искусственного интеллекта. Указан алгоритм всей процедуры мониторинга с помощью робота в терминах фреймов. Наведено концепцію авторського мобільного робота з елементами штучного інтелекту. Вказано алгоритм усієї процедури моніторингу за д...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46400 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ / В.Г. Писаренко, Ю.В. Писаренко, Е.Ю. Мелкумян, А.С. Коваль // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 147-153. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859661451196628992 |
|---|---|
| author | Писаренко, В.Г. Писаренко, Ю.В. Мелкумян, Е.Ю. Коваль, А.С. |
| author_facet | Писаренко, В.Г. Писаренко, Ю.В. Мелкумян, Е.Ю. Коваль, А.С. |
| citation_txt | Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ / В.Г. Писаренко, Ю.В. Писаренко, Е.Ю. Мелкумян, А.С. Коваль // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 147-153. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| description | Приведена концепция авторского мобильного робота с элементами искусственного интеллекта. Указан алгоритм всей процедуры мониторинга с помощью робота в терминах фреймов.
Наведено концепцію авторського мобільного робота з елементами штучного інтелекту. Вказано алгоритм усієї процедури моніторингу за допомогою роботу в термінах фреймів.
The authors’ concept of the mobile robot with artificial intelligence elements is considered. The algorithm for monitoring the entire procedure using the robot in term of the frames is shown.
|
| first_indexed | 2025-11-30T09:53:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 147
V. Pisarenko, J. Pisarenko,
C. Melkumyan, A. Koval
THE COMPONENTS AND BASIC
CONCEPT OF INTELLECTUAL
MOBILE ROBOTS FOR MOUNTAIN
RESCUE WORKS
The authors’ concept of the mobile robot with
artificial intelligence elements is considered.
The algorithm for monitoring the entire
procedure using the robot in term of the
frames is shown.
Key words: intellectual robotics, co-al mine.
Наведено концепцію авторського нобіль-
ного робота з елементами штучного інте-
лекту. Вказано алгоритм усієї процедури
моніторингу за допомогою роботу в тер-
мінах фреймів.
Ключові слова: інтелектуальна робото-
техніка, шахта.
Приведена концепция авторского мобиль-
ного робота с элементами искусственного
интеллекта. Указан алгоритм всей проце-
дуры мониторинга с помощью робота в
терминах фреймов.
Ключевые слова: интеллектуальная робо-
тотехника, шахта.
В.Г. Писаренко, Ю.В. Писаренко,
Е.Ю. Мелкумян, А.С. Коваль, 2010
УДК 004.896
В.Г. ПИСАРЕНКО, Ю.В. ПИСАРЕНКО,
Е.Ю. МЕЛКУМЯН, А.С. КОВАЛЬ
КОНЦЕПЦИЯ И БАЗОВЫЕ
КОМПОНЕНТЫ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО
МОБИЛЬНОГО РОБОТА ДЛЯ
ГОРНОСПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ
Разработки, описанные в данной ра-
боте, предназначены для обеспечения
работы робототехнических устройств
в стесненных пространственных ус-
ловиях шахтного забоя в процессе
выполнения разведывательных фун-
кций непосредственно после аварии
или при ремонтных работах в узком
помещении инженерного сооружения
[1− 3].
Концепция и базовые компоненты
мобильного робота с элементами ис-
кусственного интеллекта (ИИ) серии
«Робот-горноспасатель» (ГОСИР)
разработаны в Институте кибернети-
ки имени В.М. Глушкова НАН Ук-
раины. Технические требования к
ГОСИР сформированы сотрудника-
ми Института кибернетики имени
В.М. Глушкова НАН Украины с уче-
том актуальной потребности повы-
шения эффективности горноспасате-
льных работ по результатам совеща-
ний со специалистами НИИ горно-
спасательного дела, пожарной безо-
зопасности «Респиратор» и руково-
дством шахты имени А.Ф. Засядько
(г. Донецк), проходивших в 2009 −
2010 гг.
В этих условиях при разработке и
создании ГОСИР ставятся шесть
взаимосвязанных задач [4]:
1) сориентироваться роботу для
В.Г. ПИСАРЕНКО, Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН, А.С. КОВАЛЬ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 148
обследования новой конфигурации стесненного помещения, усложненной в ре-
зультате недавней аварии с обвалом пород, для последующего проникновения
вовнутрь этого помещения;
2) произвести мониторинг базовых элементов состава шахтной атмосферы
(содержание метана (NH4), углекислого газа (СО2), угарного газа (СО), кислоро-
да(СО2), температуры, влажности, состава и концентрации угольной пыли)
внутри помещения;
3) обследовать и распознать новую 3D конфигурацию помещения;
4) оперативно выполнить задачу, учитывая программное задание;
5) рассчитать оптимальную последовательность кинематических операций
многозвенного манипулятора ГОСИР для целей последующего выполнения
главной задачи;
6) решив проблемы 1 − 4, реализовать центральную часть заданной про-
граммы: найти и захватить манипулятором некоторый «главный объект» всей
«сцены», указанный в маршрутном задании.
Примером заданной программы может быть поиск горняков (засыпанных
обвалом пород во время работы), или выключение/включение определенного
оборудования, восстановление разрушенных аварией коммуникаций для норма-
лизации ситуации и т. п.
Алгоритм всей процедуры мониторинга с помощью разработанного робота
ГОСИР в терминах фреймов.
Этап-1 (фрейм «Старт») − «прибыть в заданную зону, подлежащую обсле-
дованию (фрейм «Объект»)».
Этап-2 (фрейм «Осмотр») − активизация сенсоров предварительного анали-
за «Объекта».
Этап-3 (фрейм «Ситуация») − предварительное определение класса общей
загрязненности шахтной атмосферы с точки зрения условий выполнения основ-
ного задания:
− степень запыленности атмосферы;
− сверхкритичность температуры атмосферы;
− преодолимость прохода в туннель.
Этап-4 (фрейм «Готовность») − автономное принятие решения об опти-
мальном задействовании N бортовых сенсоров.
Этап-5 (фрейм «Измерения») − активация соответствующих состоянию ат-
мосферы сенсоров, по результатам выхода фрейма «Готовность».
Этап-6 (фрейм «Маршрут») − начало движения в пошаговом режиме с про-
ведением цикла мониторинговых замеров с учетом функций, предусмотренных
фреймами «Готовность» и «Измерение»; результаты замеров записываются
в бортовой (N-канальный) файл «Мониторинг».
В процессе выполнения миссии происходит с заданной частотой проверка
текущего состояния пары объектов «робот + внешняя среда» по следующим
4 критериям:
1) выявлено непреодолимое препятствие на пути (момент времени to);
КОНЦЕПЦИЯ И БАЗОВЫЕ КОМПОНЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 149
2) исчерпан ресурс времени (к моменту времени tt);
3) исчерпан ресурс энергообеспеченности (к моменту времени te);
4) поступила от удаленного оператора команда «Возврат в точку старта»
(к моменту времени tb.).
Для момента времени tf ≡ min (to, tt, te, tb) генерируется команда выполнять
команду «Прекратить движение и мониторинг» (фрейм «Стоп»).
Базовые модули робота-разведчика ГОСИР, из которых формируется со-
став бортового комплекта для конкретной миссии:
1) гусеничное шасси c движителями на пневмоприводах (для исключения
электрооборудования, несущего риск электроискрения, что может инициировать
взрыв метанопылеугольной смеси в атмосфере шахты);
2) набор бортовых сенсоров для контроля шахтной атмосферы, включая:
газоанализаторы (на метан, углекислый газ, угарный газ), сенсоры угольной пы-
ли, кислорода, температуры и влажности;
3) комплекс бесконтактных сенсоров для обследования и создания 3D моде-
ли обследуемого шахтного завала (видеокамера, комплекс лазерных дальноме-
ров, ультразвуковые датчики, датчики касания, гироскопы);
4) бортовой навигационный комплекс, обеспечивающий роботу ГОСИР
возможность двигаться автономно и в соответствии с поставленной программой,
включающий трехосные гироскопы, микрофоны, датчики касания, металлоиска-
тель, УЗ-датчики, датчик скорости, счетчик оборотов вала ведущих колес, при-
борный комплекс для контроля текущего состояния бортового оборудования;
5) бортовой радиотехнический комплекс связи, обеспечивающий радиосвязь
с удаленным оператором для консультаций в нестандартных ситуациях;
6) бортовой манипулятор для выполнения в необходимых случаях работ по
созданию узких технологических проходов или отверстий в завалах пород путем
бурения минишурфов для последующего оказания помощи горнякам, застигну-
тых обвалом, включая передачу по подготовленным минишурфам медикамен-
тов, компактных средств связи, продуктов питания, воды, пакетов индивидуаль-
ного или коллективного спасения и другой экстренной помощи.
Данные замеров трехосных гироскопов предлагается интерполировать с по-
мощью сплайнов для восстановления картины движения робота ГОСИР. Интер-
поляционный кубический сплайн дефекта-1 (или просто кубический сплайн)
( )xyS ;∆ на каждом частичном интервале ],[ 1 jj xx − , как известно [5], можно пред-
ставить в виде:
( ) ( ) ( )
j
jjj
j
j
jjj
j
j
j
j
j
j
j h
xxhM
y
h
xxhM
y
h
xx
M
h
xx
MxyS 1
22
1
1
3
1
3
1 6666
; −−
−
−
−∆
−
−+
−
−+
−
+
−
= ,
где вектор-столбец моментов { } NN RMMMM ∈= ,...,, 10 определяется как реше-
ние системы линейных уравнений:
∑
=
=
M
j
jjij dMA
0
, Ni ,0= , ( )∆µλ≡ ,;,0 NAA Nijij ,
В.Г. ПИСАРЕНКО, Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН, А.С. КОВАЛЬ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 150
где ( ) ( )[ ] ( ) 1
1
0
1
1
1
116 −
+
=
−
−
−
++ +−−−== ∑ ii
N
k
iiiiiikikj hhhyyhyyyDd
1,1 −= Ni ; 1−−= jjj xxh , матрица А имеет вид
[ ]
µ
λµ
λ
µ
λµ
λ
=
−−
−
20...000
2...000
02...000
..................
000...20
000...2
000...02
11
2
2
11
0
N
NN
N
ijA
,
где ( ) 1
11
−
++ +=λ jjjj hhh ; ( ) 1
1
−
++=µ jjjj hhh ; Ni ,0= .
Устройство для видеомониторинга внутренней поверхности туннеля.
Для видеомониторинга внутренней поверхности нерегулярного туннеля
(квазицилиндра со случайной поверхностью), образованного обрушением пород
в нем, предлагается использовать устройство, показанное на рис. 1.
Указанное устройство монтируется в качестве двух заключительных звеньев
многозвенного манипулятора (рис. 1) и используется для пошагового изменения
координаты Х вдоль оси туннеля, причем после совершения очередного i-го ша-
га поступательное продвижение головки (вдоль оси Х) прекращается на период
выполнения круговой съемки обследуемого туннеля на данном шаге.
РИС. 1. Получение снимков устройством видеоголовки: 1– правый объектив; 2 – левый
объектив; Лi / Пi – кадр, полученный видеоголовкой робота для координаты по оси х
положения видеоголовки хi, угла поворота ϕi
в / ϕi
н (вверх/вниз), ϕi
в = − ϕi
н; Лi+1 / Пi+1
– кадр, полученный видеоголовкой робота для х − координаты положения видеого-
ловки хi+1, угла поворота ϕi+1
в / ϕi+1
н (вверх/вниз), ϕi+1
в = − ϕi+1
н; Рi,i+1 (ϕi
в) – зона
перекрытия
КОНЦЕПЦИЯ И БАЗОВЫЕ КОМПОНЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 151
Здесь показаны основные элементы видеоголовки, содержащие, в частности,
два объектива (соответственно это также две видеокамеры, которые могут в за-
висимости от поставленной задачи выполнять видеосъемку либо фотографиро-
вать последовательные кадры через заданные равные промежутки времени τ).
В процессе выполнения съемки поверхности обследуемого туннеля головка ска-
нирует левое и правое поле сцены (i-й участок туннеля), причем поворот голов-
ки осуществляется вдоль оси параллельной касательной к оси данного туннеля
на угол ϕi
в.
При этом правый объектив выполняет симметричное движение, состоящее
в изменении угла ϕ по закону:
−190O ≤ ϕi
в ≤ 190O
−190O ≤ ϕi
н ≤ 190O
В результате выполнения съемки текущего кадра:
{Лi (ϕi
в); Пi(ϕi
н) (ϕi
н = − ϕi
в)}
и последующего шага
{Лi (ϕi+1
в); Пi (ϕi+1
н) (ϕi+1
н = − ϕi+1
в)}
появляется возможность получения стереоизображения зоны перекрытия соот-
ветственно пары кадров (рис. 1):
{Лi (ϕi
в), Лi (ϕi+1
в)}.
На рис. 1 обозначена штриховкой Рi,i+1 (ϕi
в) зона перекрытия. Величина зоны
перекрытия выбирается путем регулировки задаваемого шага ∆хi видеоголовки
вдоль оси х.
По результатам обработки каждой стереопары из вышеуказанной процеду-
ры строится 3D поверхность всех заштрихованных участков обследуемого тун-
неля. Манипулятор робота с помощью головок с объективами обследует по-
верхность шахтной выработки, получает ее пошаговое 3D изображение в виде
цифрового файла.
В предельном случае вышеописанная процедура получения 3D поля по-
верхности трубопровода надлежащим выбором шага может быть обеспечена для
всей обследованной поверхности кроме первого и последнего кадра, когда для
первого кадра не будет перекрыта первая половина, а для последнего кадра −
вторая.
Названный алгоритм получения снимков с помощью последовательных
продвижений видеоголовки вдоль оси х и поворотов на углы ϕi
н, ϕi
в, – ϕi
н, – ϕi
в,
результатов их распознавания и интерпретации позволяет получить, помимо ис-
ходного видеоизображения, также вид 3D поверхности обследуемого трубопро-
вода или шахтного туннеля.
Данная технология [1] предусматривает фиксацию трех координат xi, yi, zi
центра масс видеоголовки и упомянутых 3D изображений последовательности
областей перекрытия:
{Рi,i+1(ϕi
в); Рi,i+1(ϕi
н)}.
В.Г. ПИСАРЕНКО, Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН, А.С. КОВАЛЬ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 152
Работа робота ГОСИР с видеоголовкой включает следующие этапы:
• доставка в начальное положение ко входу туннеля;
• выбор режима исследования фото/видео;
• на і-м шаге получение пары снимков/кадров видеопотоков;
• передача по радиоантенне/кабелю;
• расчет угла ∆γ поворота видеоголовки, исходя из угла обзора камеры;
• поворот видеоголовки манипулятора на угол ∆γ;
• задание оператором частоты снимков – с перекрытием/без перекрытия;
• уточнение мест с перекрытием для получения стереоизображения, изме-
нение зума;
• построение ЗD карты ландшафта по полученным снимкам
Замечание 1. Для альтернативной реализации съемки роботом сложной 3D
поверхности обрушенного шахтного забоя 4 пунктирных линии, исходящих из
вершин прямоугольных диафрагм для каждого из двух объективов на рис. 1, мо-
гут означать соответственно четыре луча лазерных дальномеров для съемки
формы сложной 3D поверхности по методике авторов [4].
Результаты программной реализации имитационного моделирования функ-
ционирования робота с манипулятором для подбора его основных параметров
(габариты, длина и количество звеньев манипулятора) в шахте показаны на
рис. 2, 3.
РИС. 2. Отображение плоскости, с которой состоялось пересечение конечного звена
КОНЦЕПЦИЯ И БАЗОВЫЕ КОМПОНЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 153
РИС. 3. Экранная форма программы расчета количества сегментов, длина отдельного
сегмента
Выводы. Приведена концепция разработанного авторами мобильного робо-
та с элементами искусственного интеллекта для горноспасательных работ с уче-
том результатов совещаний в 2009 – 2010 гг. авторов со специалистами НИИ
горноспасательного дела, пожарной безопасности «Респиратор» и руководством
шахты имени А.Ф. Засядько (г. Донецк).
В предлагаемой авторской концепции робот в автономном режиме про-
изводит мониторинг шахтного помещения и базовых элементов состава шахтной
атмосферы (включая содержание метана, углекислого и угарного газа), измеряет
температуру шахтной атмосферы и концентрацию угольной пыли).
Указан алгоритм всей процедуры мониторинга с помощью разработанного
робота в терминах фреймов.
1. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В., Мелкумян Е.Ю., Коваль А.С. Применение робототехни-
ки для обследования шахты после обвала // Искусственный интеллект. – 2010. – № 4. –
C. 528 − 534.
2. Писаренко Ю.В. Віртуальне проектування інтелектуалізованих роботів для розвідки і
нейтралізації небезпечних екологічних подій // Автореф. дис. … канд. техн. наук /
Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України. – К., 2005. – 20 с.
3. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В. Вопросы виртуального проектирования систем, ориен-
тированных на создание интеллектуализированных роботов для мониторинга экстре-
мальных состояний техносферы. Ч. 1 // УСиМ. – Киев. – 2005. – № 4. – С. 8–18.
4. Pisarenko V.G., Varava I.A., Pisarenko Ju.V., Procopchuck V.I. Information models for robot-
ics system with intellectual sensor and self-organization // XI–th International Conf. “Know-
ledge – Dialogue – Solution (KDS)”. – Varna: FOI-Commerce. – 2005. – 2. – Р. 427 – 432.
5. Алберг Дж., Нильсон Э., Уолш Дж. Теория сплайнов и ее приложения. – М.: Мир, 1972.
– 326 с.
Получено 15.10.2010
удк 004.896
Устройство для видеомониторинга внутренней поверхности туннеля.
{Лi ((iв); Пi((iн) ((iн = ( (iв)}
Выводы. Приведена концепция разработанного авторами мобильного робота с элементами искусственного интеллекта для горноспасательных работ с учетом результатов совещаний в 2009 – 2010 гг. авторов со специалистами НИИ горноспасательного дела, пожарной б...
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46400 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T09:53:43Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Писаренко, В.Г. Писаренко, Ю.В. Мелкумян, Е.Ю. Коваль, А.С. 2013-06-29T19:14:11Z 2013-06-29T19:14:11Z 2010 Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ / В.Г. Писаренко, Ю.В. Писаренко, Е.Ю. Мелкумян, А.С. Коваль // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 147-153. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46400 004.896 Приведена концепция авторского мобильного робота с элементами искусственного интеллекта. Указан алгоритм всей процедуры мониторинга с помощью робота в терминах фреймов. Наведено концепцію авторського мобільного робота з елементами штучного інтелекту. Вказано алгоритм усієї процедури моніторингу за допомогою роботу в термінах фреймів. The authors’ concept of the mobile robot with artificial intelligence elements is considered. The algorithm for monitoring the entire procedure using the robot in term of the frames is shown. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Комп’ютерні засоби, мережі та системи Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ The components and basic concept of intellectual mobile robots for mountain rescue works Article published earlier |
| spellingShingle | Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ Писаренко, В.Г. Писаренко, Ю.В. Мелкумян, Е.Ю. Коваль, А.С. |
| title | Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ |
| title_alt | The components and basic concept of intellectual mobile robots for mountain rescue works |
| title_full | Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ |
| title_fullStr | Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ |
| title_full_unstemmed | Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ |
| title_short | Концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ |
| title_sort | концепция и базовые компоненты интеллектуального мобильного робота для горноспасательных работ |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46400 |
| work_keys_str_mv | AT pisarenkovg koncepciâibazovyekomponentyintellektualʹnogomobilʹnogorobotadlâgornospasatelʹnyhrabot AT pisarenkoûv koncepciâibazovyekomponentyintellektualʹnogomobilʹnogorobotadlâgornospasatelʹnyhrabot AT melkumâneû koncepciâibazovyekomponentyintellektualʹnogomobilʹnogorobotadlâgornospasatelʹnyhrabot AT kovalʹas koncepciâibazovyekomponentyintellektualʹnogomobilʹnogorobotadlâgornospasatelʹnyhrabot AT pisarenkovg thecomponentsandbasicconceptofintellectualmobilerobotsformountainrescueworks AT pisarenkoûv thecomponentsandbasicconceptofintellectualmobilerobotsformountainrescueworks AT melkumâneû thecomponentsandbasicconceptofintellectualmobilerobotsformountainrescueworks AT kovalʹas thecomponentsandbasicconceptofintellectualmobilerobotsformountainrescueworks |