МЕТОД ОДНОЧАСНОЇ ЛОКАЛІЗАЦІЇ ТА КАРТОГРАФУВАННЯ ДЛЯ ПОБУДОВИ 2,5D-КАРТИ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ЗАСОБАМИ ROS

Метод SLAM (одночасної локалізації та картографування) на сьогодні є актуальною темою для досліджень і розвитку в галузі робототехніки та комп’ютерного зору. SLAM широко застосовується в різних сферах, зокрема автономної навігації інтелектуальних роботів. З допомогою цього методу розв’язуються проблеми в розширеній і віртуальній реальності, БПЛА та інших систем. За останні роки SLAM здобув значні досягнення завдяки поступовому розвитку його алгоритмів, використанню новітніх датчиків, а також покращенню обчислювальної потужності комп’ютерів. Предметом дослідження є сучасні методи одночасної локалізації та картографування в режимі реального часу. Мета роботи – моделювання розробленого алгоритму для побудови карт навколишнього середовища та визначення місця розташування й орієнтації інтелектуального робота в просторі в режимі реального часу за допомогою пакетів ROS. Завдання статті – демонстрація результатів поєднання методів SLAM та розроблення нових підходів до розв’язання проблем одночасної локалізації та картографування. Для досягнення поставлених завдань використано комбінацію методів лазерного сканування (2D LRF) та глибинного відтворення зображень (RGB-D) для одночасної локалізації та картографування інтелектуального робота та побудови 2,5D-карти середовища. Здобуті результати є обнадійливими та демонструють перспективність роботи об’єднаних методів SLAM, що застосовуються разом для забезпечення й очного виконання одночасної локалізації та картографування інтелектуальних роботів у режимі реального часу. Запропонований метод дає змогу враховувати висоти перешкод у побудові карти навколишнього середовища, витрачаючи менші обчислювальні потужності. У висновку такий підхід розширює технології, не замінюючи наявні робочі пропозиції, й уможливлює використання сучасних методів для всебічного виявлення та розпізнавання довкілля за допомогою ефективного локалізаційного та картографічного підходу, надаючи більш точні результати з використанням менших ресурсів

ІНФОРМАЦІЙНІ МОДЕЛІ ДЛЯ ВИРОБНИЧИХ РОБОЧИХ ПРОСТОРІВ У РОБОТОТЕХНІЧНИХ ПРОЕКТАХ

The subject of research in the article are the workspace models for flexible integrated robotic systems. The goal of the work is in development of information models to represent workspaces for following application in the automated control systems of flexible integrated manufacturing. The article solves the next tasks: to analyze the representation of workspace to decide practical problems of robotic systems of different nature, to consider the development of informational models for representation on workspaces of intelligent control systems of integrated manufacturing, to consider the practical examples of information presentation on workspaces of production systems. Research methods are set theory and predicate theory. The following results were obtained: there were analysed the main features of informational models development to solve robotic tasks of different nature and were pointed the limitations of existing approaches of formal description, the need of integration of workspace models to decision-support systems and systems of graphical and mathematical simulation of integrated systems; the set theory-based model of information representation for problem-solving processes of flexible integrated robotic systems is proposed; the information-logic model of workspace for mobile robot applications, functioning in flexible integrated systems. is developed and contains the list of objects, includes their geometrical dimensions and supplies the preservation of parameters in time and space; information presentation for automated control system of flexible integrated manufacturing, which implements proposed models, is considered. Conclusions: application of models of information type for automated control systems makes to supply logical unification of flexible integrated manufacturing elements, to provide monitoring of states of technological equipment of production systems in space and time and formation of their digital twins, to promote functioning of intelligent decision-support systems for robotic systems of different types, that improves characteristics of production control.Предметом исследования статьи являются модели рабочего пространства гибких встроенных роботизированных систем. Цель работы – построение информационных моделей представления рабочего пространства для дальнейшего использования в автоматизированных системах управления гибкого интегрированного производства. В статье решаются следующие задачи: провести анализ представления рабочего пространства при решении практических задач роботизированных систем разного типа, рассмотреть построение информационных моделей представления рабочего пространства интеллектуальных систем управления интегрированным производством, рассмотреть практические примеры представления информации о рабочем пространстве производственных систем. Методами исследования являются теория множеств и теория предикатов. Получены следующие результаты: проанализированы основные особенности построения информационных моделей рабочего пространства для решения задач робототехники разного типа, указывается на ограниченность существующих подходов формального описания, необходимость интеграции моделей рабочего пространства с системами поддержки принятия решений, системами графического и математического моделирования интегрированных систем; предложена теоретико-множественная модель представления информации о процессах принятия решений в гибких интегрированных роботизированных системах; разработана информационно-логическая модель рабочего пространства мобильного робота, которая содержит перечень объектов, учитывает их геометрические размеры, обеспечивает хранение параметров во времени и пространстве; рассмотрено представление информации в автоматизированной системе управления гибкого интегрированного производства, реализующей предлагаемые модели. Выводы: применение моделей информационного типа в автоматизированных системах управления позволит логически объединить элементы гибкого интегрированного производства, обеспечить мониторинг состояния технологического оборудования в рабочем пространстве производственных систем и во времени, осуществить формирование цифровых двойников элементов рабочего пространства, обеспечить функционирование интеллектуальных систем для принятия решений систем разного типа, что позволит улучшить характеристики процессов управления производством.Предметом дослідження статті є моделі робочого простору гнучких інтегрованих роботизованих систем. Мета роботи – побудова інформаційних моделей представлення робочого простору з метою подальшого використання у автоматизованих системах керування гнучкого інтегрованого виробництва. В статті вирішуються наступні завдання: провести аналіз представлення робочого простору під час розв’язання практичних завдань роботизованих систем різного типу, розглянути побудову інформаційних моделей представлення робочого простору інтелектуальних систем керування інтегрованим виробництвом, розглянути практичні приклади представлення інформації про робочий простір виробничих систем. Методами дослідження є теорія множин та теорія предикатів. Отримано наступні результати: проаналізовано основні особливості побудови інформаційних моделей робочого простору для розвязання завдань робототехніки різного типу, вказується на обмеженість існуючих підходів формального опису, на необхідність інтеграції моделей робочого простору із системами підтримки прийняття рішень, системами графічного та математичного моделювання інтегрованих систем; запропоновано теоретико-множинну модель подання інформації щодо процесів прийняття ріщень у гнучких інтегрованих роботизованих системах; розроблено інформаційно-логічну модель робочого простору мобільного робота, яка містить перелік об’єктів, враховує їх геометричні розміри, забезпечує зберігання параметрів у часі та просторі; розглянуто подання інформації у автоматизованиій системі керування гнучкого інтегрованого виробництва, що реалізує запропоновані моделі. Висновки: застосування моделей інформаційного типу у автоматизованих системах керування дозволить логічно об`єднати елементи гнучкого інтегрованого виробництва, забезпечити моніторинг стану технологічного обладнання у робочому просторі виробничих систем та у часі, здійснити формування цифрових двійників елементів робочого простору, забезпечити  функціонування інтелектуальних систем підтримки прийняття рішень роботизованих систем різного типу, що дозволить покращити характеристики процесів керування виробництвом

РОЗРОБКА МОДУЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ОРІЄНТАЦІЇ СУГЛОБА МАНІПУЛЯТОРА І ДОСЛІДЖЕННЯ ЙОГО РОБОТИ

In the field of mechatronic systems, manipulators are often used for automated assembly of products, welding, painting parts and more. An important task is to optimize the travel time along a given trajectory of the manipulator. To solve this problem, it is necessary not only to accurately estimate the speed of the manipulator nodes, but also to provide a linear characteristic of the assessment of the position of the mechanism in a wide range of speeds. The matter of the article are methods for determining the orientation of the joint of the manipulator. The goal of the work is to develop a module for determining the orientation of the joint of the manipulator and study its operation in order to determine the suitability subject of the structure for practical use. The following tasks are solved in the article: to investigate the principles of determining the orientation of the joints of industrial robots; choose the design of the orientation determination module; develop an algorithm for determining the position of the joint at any time; perform experimental studies of the position determination module in order to confirm the suitability of the structure for practical use. The following methods used are: experimental research was conducted on a real object - a model of the manipulator joint, created using methods and tools of 3D prototyping; to determine the position of the joint of the manipulator used methods of processing signals received from sensors; processing of experimental results and calculation of values of errors of positioning of a joint of the manipulator is based on methods of the statistical analysis of random sizes. The following results were obtained: the principles of determining the orientation of the joints of industrial robots were studied; the design is developed and the module of definition of orientation of a joint of the manipulator is created; developed an algorithm for determining the position of the joint at any time; the suitability of the design for practical use has been experimentally confirmed. Conclusions: in this paper, two variants of the sensor design are proposed to determine the absolute angle of rotation of the manipulator joint: resistive and magnetic. The proposed design of the resistive sensor was non-technological and much larger than the design of the magnetic sensor. The data obtained in the process of conducting experimental studies of the proposed method of measuring the angle of rotation of the mechanical gearbox of the manipulator joint indicate a fairly accurate determination of the angle using a magnetic sensor. The calculated measurement error was less than 1.4 degrees. The results of the experiment also showed that in addition to the radial direction of movement of the gearbox of the manipulator joint there is a significant displacement along the working plane, and in some cases, such displacements are chaotic. This is due to some defects and imperfections of the surface of the manufactured parts of the joint model used in research.В области мехатронных систем часто используются работы-манипуляторы для автоматизированной сборки изделий, сварки, окрашивания деталей и т.п. Важной задачей при этом является оптимизация времени движения по заданной траектории манипулятора. Для решения такой задачи необходимо не только точно оценить скорость движения узлов манипулятора, но и обеспечить линейную характеристику оценки позиции механизма в широком диапазоне изменения скоростей. Предметом исследования в статье являются методы определения ориентации сустава манипулятора. Цель работы – разработка модуля для определения ориентации сустава манипулятора и исследования его работы с целью определения пригодности конструкции для практического использования. В статье решаются следующие задачи: исследовать принципы определения ориентации суставов промышленных роботов; выбрать конструкцию модуля определения ориентации; разработать алгоритм определения позиции сустава в любое время; выполнить экспериментальные исследования работы модуля определения позиции с целью подтверждения пригодности конструкции для практического использования. Используются следующие методы: экспериментальные исследования проводились на реальном объекте – модели сустава робота-манипулятора, созданного с помощью методов и средств 3D-прототипирования; для определения положения сустава манипулятора использовались методы обработки сигналов, полученных от датчиков; обработка результатов экспериментов и расчет погрешностей позиционирования сустава манипулятора основываются на методах статистического анализа случайных величин. Получены следующие результаты: исследованы принципы определения ориентации суставов промышленных роботов; разработана конструкция и создан модуль определения ориентации сустава манипулятора; разработан алгоритм определения позиции сустава в любое время; экспериментально подтверждена пригодность конструкции для практического использования. Выводы: в данной работе предложены два варианта конструкции датчика для определения абсолютного угла поворота сустава манипулятора: резистивный и магнитный. Предложенная конструкция резистивного датчика оказалась нетехнологичной и намного больше по размерам, чем конструкция магнитного датчика. Полученные в процессе проведения экспериментальных исследований предлагаемого метода измерения угла поворота механического редуктора сустава манипулятора данные свидетельствуют о точном определении угла с помощью магнитного датчика. Рассчитанная погрешность измерений составляла менее 1,4 градуса. Также результаты эксперимента показали, что помимо радиального направления движения редуктора сустава манипулятора происходит существенное смещение вдоль рабочей плоскости, причем в некоторых случаях такие смещения носят хаотический характер. Это обуславливается некоторыми дефектами и несовершенством поверхности изготовленных деталей модели сустава, которые использовались в исследованиях.В галузі мехатронних систем часто використовуються роботи-маніпулятори для автоматизованого збирання виробів, зварювання, фарбування деталей тощо. Важливим завданням при цьому є оптимізація часу руху по заданій траєкторії маніпулятора. Для вирішення такого завдання, необхідно не тільки точно оцінити швидкість руху вузлів маніпулятору, але і забезпечити лінійну характеристику оцінки позиції механізму в широкому діапазоні зміни швидкостей. Предметом дослідження в статті є методи визначення орієнтації суглобу маніпулятора. Мета роботи – розробка модуля визначення орієнтації суглобу маніпулятору і дослідження його роботи з метою визначення придатності конструкції для практичного використання. В статті вирішуються наступні завдання: дослідити принципи визначення орієнтації суглобів промислових роботів; обрати конструкцію модуля визначення орієнтації; розробити алгоритм визначення позиції суглобу в будь-який час; виконати експериментальні дослідження роботи модуля визначення позиції з метою підтвердження придатності конструкції для практичного використання. Використовуються такі методи: експериментальні дослідження проводилися на реальному об’єкті – моделі суглобу робота-маніпулятора, створеного за допомогою методів і засобів 3D-прототипування; для визначення положення суглобу маніпулятора використовувалися методи обробки сигналів, отриманих від датчиків; обробка результатів експериментів і розрахунок величин похибок позиціонування суглобу маніпулятора базується на методах статистичного аналізу випадкових величин. Отримано наступні результати: досліджено принципи визначення орієнтації суглобів промислових роботів; розроблено конструкцію і створено модуль визначення орієнтації суглобу маніпулятора; розроблено алгоритм визначення позиції суглобу в довільний час; експериментально підтверджено придатність конструкції для практичного використання. Висновки: в даній роботі запропоновано два варіанта конструкції датчика для визначення абсолютного куту оберту суглоба маніпулятора: резистивний і магнітний. Запропонована конструкція резистивного датчика виявилася нетехнологічною і набагато більша за розмірами ніж конструкція магнітного датчика. Отримані в процесі проведення експериментальних досліджень запропонованого методу вимірювання куту оберту механічного редуктора суглобу маніпулятора дані свідчать про досить точне визначення кута за допомогою магнітного датчика. Розрахована похибка вимірювань становила менше 1,4 градуси. Також результати експерименту показали, що крім радіального напрямку руху редуктора суглобу маніпулятора відбувається істотне зміщення вздовж робочої площини, причому в деяких випадках такі зміщення мають хаотичний характер. Це обумовлюється деякими дефектами і недосконалістю поверхні виготовлених деталей моделі суглобу, що використовувалися у дослідженнях