Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Михайлов Александр Александрович. Математическое и программное обеспечение решения задачи позиционирования мобильных средств в системах автоматизации внутрицехового транспорта и складского хозяйства химических производств : диссертация... кандидата технических наук : 05.13.06 Москва, 2007 133 с. РГБ ОД, 61:07-5/2684

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ В ХИМИЧЕСКОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ. СУЩЕСТВУЮЩИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ
ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ДАННЫХ СИСТЕМАХ.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8

1.1. Применение автоматизированных систем и роботов в химической
промышленности 8

  1. Ориентация, навигация и привязка мобильных систем 10

  2. Решения задач определения местоположения в геодезии 10

  3. Роль и место навигационных систем и систем позиционирования в общих системах управления автоматизированными мобильными системами 12

1.5. Анализ особенностей решения задачи позиционирования мобильных
устройств. Уровни её решения 13

  1. Основные типы устройств для получения первичной информации о внешней среде 15

  2. Видеокамеры 16

  1. Конструкция ПЗС- матрицы 16

  2. Принцип работы ПЗС матрицы 17

  3. Основные характеристики матрицы 18

  4. Классификация камер 19

  5. Технические параметры камер 20

  1. ИК - локаторы 22

  2. Ультразвуковые датчики расстояния 23

  1. Лазерные дальномеры 26

  2. Другие датчиков информации и способов получения информации об объектах внешней среды . Вспомогательные датчики 27

  3. Комплексные системы датчиков 27

1.12.1. Бинокулярные системы 27

1.12.2 Совместное использование гамма-пеленгатора и системы

технического зрения 28

1.12.3. Комплексное использование лазерного маркера и системы

технического зрения 30

1.13. Основные методы распознавания информации о внешней среде 30

1.13.1. Общая постановка задачи распознавания 31
1.13.2.Статистические методы 32

  1. Логические методы 33

  2. Геометрические методы 33

  3. Структурные (лингвистические) методы 34

  4. Другие методы 34

  1. Особенности распознавания графической информации 34

  2. Существующие системы позиционирования мобильных транспортных средств

37
1.15.1 Локальное угловое позиционирование 3 7

1.15.2. Глобальное позиционирование 37

1.16. Основные выводы и постановка задачи исследования 3 8

ГЛАВА 2. КОНТРОЛЬ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО
СРЕДСТВА ПРИ ЕГО ПЕРЕМЕЩЕНИИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В
ЗАДАННОМ ПОМЕЩЕНИИ 39

  1. Общие положения. Формулировка задачи 39

  2. Распознавание по двум реперным точкам 41

  3. Распознавание по трем реперным точкам 44

  4. Распознавание с использованием четырех реперных точек 46

2.4.1. Предварительный анализ изображений реперных точек 47

  1. Интерполяция при реперном контуре, у которого все отрезки направлены по оси а 50

  2. Интерполяция при реперном контуре, у которого все отрезки направлены по оси /? 54

2.4.4. Интерполяция при реперном контуре со смешанной направленностью
отрезков 57

2.5. Распознавание при избыточном числе реперных точек 61

2.5.1. Трехточечная интерполяция при избыточном числе реперных точек 62

2.5.2. Четырехточечная интерполяция при избыточном числе реперных
точек 62

Выводы по главе 2 63

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА СПОСОБА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ
ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕПЕРНЫХ ТОЧЕК 64

3.1. Общее описание экспериментов 64

3.2. Особенности обработки растровой информации. Проверка принадлежность
пикселей общей прямой линии. Проверка параллельность отрезков 66

  1. Принадлежность пикселей общей прямой линии 67

  2. Принадлежность общей прямой линии вспомогательных точек 70

  3. Проверка параллельности отрезков, заданных пикселями 70

  4. Проверка параллельности отрезков, заданных точками с вещественными координатами 72

3.3. Методика получения усредненных изображений реперных

и экспериментальных точек. Обработка ВМР-файлов 73

  1. Выполнение проверочного интерполирования плоских координат источника излучения в экспериментальных точках с использованием массивов реперных точек и их изображений при минимальном числе реперных точек 80

  2. Выполнение проверочного интерполирования плоских координат источника излучения в экспериментальных точках с использованием массивов реперных точек и их изображений при избыточном числе реперных точек 83

3.6. Статистическая обработка результатов проверочного интерполирования в
экспериментальных точках при минимальном числе реперных точек 86
Выводы по главе 3 88

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАТЧИКОВ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ЛОКАЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО
СРЕДСТВА 89

  1. Описание предлагаемой конструкции 89

  2. Функционирование конструкции, анализ получаемых результатов 89 Выводы по главе 4 93

ГЛАВА 5. ПОЛНОЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ МОБИЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАЯКОВ 94

  1. Описание предлагаемой конструкции, выполняемые измерения 94

  2. Предварительный анализ получаемой информации 95

  3. Расчет уточненных параметров ориентации 97 Выводы по главе 5 101

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 112

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 114

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 115

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 116

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 118

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 121

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 122

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 123

ПРИЛОЖЕНИЕ 9 124

ПРИЛОЖЕНИЕ 10 126

ПРИЛОЖЕНИЕ 11 129

ПРИЛОЖЕНИЕ 12 130

ПРИЛОЖЕНИЕ 13 131

Введение к работе:

Актуальность проблемы.

Химическими называют волокна, получаемые из органических природных и синтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья их. подразделяются на синтетические (из синтетических полимеров) и искусственные (из природных полимеров). Иногда к химическим относят также волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые). Химические волокна выпускают в промышленности в виде: 1) моноволокна (одиночное волокно большой длины); 2) штапельного волокна (короткие отрезки тонких волокон); 3) филаментных нитей (пучок, состоящий из большого числа тонких и очень длинных волокон, соединённых посредством крутки).

Химические волокна обладают высокими прочностными и эксплуатационными качествами - разрывной прочностью до 1200 Мн/м, значительным разрывным удлинением, хорошей формоустойчивостью, несминаемостью, высокой устойчивостью к многократным и знакопеременным нагружениям, стойкостью к действиям света, влаги, плесени, бактерий, хемо- и термостойкостью. Данные свойства волокон можно изменять в широких пределах за счет варьирования производственного процесса.

Мировое производство химических волокон развивается быстрыми темпами. Это объясняется, в первую очередь, экономическими причинами (меньшие затраты труда и капитальных вложений) и высоким качеством химволокна по сравнению с природными волокнами. В 1980 г. производство химического волокна достигло 9 млн. т, а в 2000 -20 млн. т в год и сравнялось с суммарным объёмом производства природных волокон.

Начиная с конца XX века, общие тенденции развития химических производств характеризуются внедрением прогрессивных технологий, обеспечивающих высокий уровень энерго- и ресурсосбережения, ужесточением требований к качеству выпускаемой продукции и экологической чистоты. При этом такие специализированные химико-технологические производства, как волоконные, функционируют в условиях часто меняющейся номенклатуры и объемов выпускаемой продукции, постоянных колебаний качества и цен сырья.

Данные условия предъявляют повышенные требования к средствам автоматизации технологических процессов. С одной стороны они должны быть достаточно гибкими, оперативно перенастраиваемыми, с другой стороны - обеспечивать качественное выполнение необходимых функций в заданных условиях. Этому требованию в наибольшей степени удовлетворяют роботизированные системы.

Внедрение данных средств особенно актуально для химических производств, в которых используются высокие температура, давление, концентрация веществ и т.п. Химическая и смежные с ней отрасли относятся к областям промышленности с экстремальными условиями труда. Все без исключения химические производства опасны для жизни и здоровья людей и различаются лишь степенью опасности.

Решением задач, связанных с заменой людей автоматическими системами с целью повышения эффективности современных производств в различных отраслях промышленности, занимались научные школы В.В. Кафарова, A.M. Кутепова, Е.И. Воробьева, Е.П. Попова, СВ. Емельянова, Г.С. Поспелова, Е.И. Юревича и другие.

Автоматизированные транспортные системы позволяют устранить участие человека при подаче заготовок, съеме готовых изделий с производственного оборудования, складировании сырья и готовой продукции, а также при выполнении других функций.

В настоящее время значительная часть мобильных транспортных средств управляется в супервизорном режиме удаленным оператором, который посылает команды роботу по соединительному кабелю либо радиоканалу. Обратная связь обеспечивается при помощи видеокамеры робота и телевизионного дисплея у оператора. Такой способ

управления малопроизводителен и, как правило, неэффективен с точки зрения реализуемых алгоритмов решения производственных задач. Поэтому для большинства приложений более эффективным было бы автоматическое управление. Наряду с повышением производительности и качества выполнения непосредственных производственных задач это позволяет включать их в общие системы управления производством.

С целью более оптимального и гибкого выполнения своих функций автоматизированным транспортным системам необходимо придавать элементы искусственного интеллекта. Реализация данных функций применительно к мобильным системам требует, в том числе, "осознания" мобильным элементом системы своего положения в окружающем его пространстве.

Практически данная задача реализуется путем позиционирования мобильного средства в какой - либо системе координат, связанной с внешней средой. Это необходимо, как при решении задач позиционирования и перемещения мобильных элементов систем, так и при выполнении производственных функций.

Решение задачи позиционирования зависит от многих факторов - в первую очередь, от применяемых датчиков и других средств получения первичной информации, условий внешней среды, средств передачи и обработки информации, характера решаемых задач и т.д. Вследствие большого числа данных факторов данная задача нее может иметь единое универсальное решение, оптимальное по всем перечисленным параметрам. Поэтому разработка методов позиционирования мобильных средств представляет собой довольно широкое научное направление, в рамках которого могут быть реализованы самые разнообразные практически значимые методы.

Цель работы.

1. Исследование всех аспектов проблемы позиционирования применительно к мобильным
транспортным средствам. Изучение современных датчиков и других средств получения
первичной информации, необходимой для позиционирования, а также применяемых в
настоящее время систем позиционирования. Изучение методом обработки получаемой
первичной информации.

2. Разработка математических и программных средств для решения задачи
позиционирования с помощью стационарно установленных видеокамер наблюдения.

  1. Экспериментальная проверка методов, алгоритмов и программных средств решения задачи позиционирования с помощью видеокамер.

  2. Разработка аппаратных средств, математического и программного обеспечения по решению локальной задачи позиционирования тележки мобильного устройства при помощи датчиков уровня жидкости, установленных на ней.

  3. Разработка математических методов по решению полной задачи позиционирования тележки мобильного устройства с использованием следящих двухкоординатных датчиков.

Научная новизна работы.

1. Впервые предложен метод определения глобального позиционирования транспортных
средств с использованием источников излучения, реперных точек и вынесенных
стационарных видеокамер, применяемых для видеомониторинга помещений любого типа.

Даны рекомендации по оптимальному размещению реперных точек на исследуемой области произвольной формы. Исследовано размещение двух, трех и четырех реперных точек на прямоугольной области.

2. Разработано математическое и программное обеспечение по интерполяции декартовых
координат источников излучения с использованием двух, трех и четырех реперных точек
при минимальном и избыточном числе их числе.

Изучены необходимые геометрические условия для линейной интерполяции по трем точкам и билинейной интерполяции по четырем точкам. Разработано математическое и программное обеспечение по автоматизированной проверке данных условий.

При трех- и четырехточечной интерполяции наряду с обычной прямой задачей интерполирования, в которой определяются декартовы координаты точек по значениям их локальных параметров, впервые дано решение обратной задачи интерполирования -расчет величин локальных параметров точек по известным их декартовым координатам.

3. Разработан метод локального позиционирования транспортного средства, а также дано
математическое и программное обеспечение по его реализации. Предложен метод
интерпретации получаемых с устройства показаний для уточнения геометрического
позиционирования тележки.

4. Впервые дан математический двухэтапный метод определения полного
позиционирования транспортного средства при его перемещении по горизонтальным
поверхностям с использованием данных, получаемых от следящих двухкоординатных
датчиков.

Положения работы, выносимые на защиту.

1. Метод определения глобального позиционирования транспортных средств с
использованием источников излучения, реперных точек и стационарных видеокамер.

  1. Метод интерполяции декартовых координат источников излучения с использованием двух реперных точек.

  2. Метод интерполяции декартовых координат источников излучения с использованием трех реперных точек.

4. Алгоритм проверки необходимых геометрических условия для билинейной
интерполяции по четырем точкам.

5. Методы билинейной интерполяции декартовых координат источников излучения по
четырем точкам выпуклого базового контура для трех случаев:

а) все звенья контура направлены по вертикальной оси,

б) все звенья направлены по горизонтальной оси,

в) смешанная направленность звеньев.

  1. Принципиальная конструкция устройства, позволяющего определять локальное позиционирование транспортного средства при его перемещении по горизонтальным поверхностям.

  2. Математическое обеспечение по определению локального позиционирования транспортного средства с использованием предложенного устройства.

  3. Математический двухэтапный метод определения полного позиционирования транспортного средства при его перемещении по горизонтальным поверхностям с использованием данных, получаемых от следящих двухкоординатных датчиков.

Практическая значимость.

  1. Практическая значимость предложенного метода позиционирования транспортных средств, в котором используются источники излучения, видеокамеры и реперные точки, заключается в простоте его реализации, которая не требует установка дополнительного оборудования.

  2. Разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать выполнение интерполяции декартовых координат источников излучения с использованием двух, трех и четырех реперных точек при минимальном их числе.

  3. Разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать выполнение интерполяции декартовых координат источников излучения с использованием двух, трех и четырех реперных точек при избыточном их числе.

  4. Экспериментально исследованы возможности двух-, трех- и четырехточечных методов интерполяции декартовых координат источников при минимальном и избыточном числе реперных точек.

5. Разработана принципиальная конструкция устройства, позволяющего реализовать
предложенный метод локального позиционирования транспортного средства.

6. Разработано программное обеспечение для определения локального позиционирования
при помощи датчиков уровня жидкости.

Подобные работы
Крюк Михаил Александрович
Система обеспечения качества на основе нейросетевых технологий в условиях подготовки управленческих решений в интегрированных машиностроительных производствах
Лоцманова Елена Владимировна
Методическое обеспечение автоматизированного управления технологией обучения на основе решения мультидисциплинарных задач (На примере подготовки специалистов учётно-экономического профиля)
Одикадзе Владимир Ромазович
Развитие технологии и разработка средств мониторинга функционирования систем автоматизации сортировочных процессов
Портнягин Николай Николаевич
Математическое и алгоритмическое обеспечение систем диагностирования судовых электрических средств автоматизации
Высоцкий Юрий Иванович
Исследование и разработка методов и средств автоматизации построения обучающих курсов в диалоговых системах на базе ЭВМ
Меркулов Дмитрий Васильевич
Автоматизация радиоволнового неразрушающего контроля качества строительных материалов и изделий средствами экспертной системы
Сударенко Дмитрий Александрович
Разработка методов структурно-параметрического описания информационного обеспечения КИС производства изделий электроники
Иванов Александр Васильевич
Автоматизация и управление реструктуризацией информационного обеспечения для полиграфического производства
Стамировски Ежи Тадеушович
Разработка интегрированной информационной платформы для обеспечения функционирования машиностроительного производства
Шингареев Ренат Рифкатович
Модели и методики информационного обеспечения в технологии производства антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных комплексов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net