Засоби інтелектуального оброблення даних для робототехнічних систем

Abstract

This article focuses on investigating the characteristics of basic navigation data processing procedures for the autonomous control of robotic systems. The article examines procedures such as the analysis and classification of environmental objects for a mobile robot with a focus on autonomous control, specifically on the implementation of its properties such as autonomy, adaptability, and mobility. A necessary condition here is compliance with key performance indicators such as compactness of hardware implementation, reliability in challenging conditions, and protection against unauthorized software interference.  To detect reference objects and determine their locations, this work analyzes the features of matrix correlation image processing. This approach allows for the detection of reference images within the field of view of the current image, as well as the determination of their centers, followed by focusing of the mobile robot’s visual system. Classification of the detected objects by the mobile robot’s navigation system is necessary for making specific decisions regarding its subsequent actions, in particular, to avoid existing obstacles. This paper proposes using a neural-like classifier based on linear discriminant functions as an object classifier. A distinctive feature of this approach is the ability to employ an alternative sorting method in the classifier’s competitive layer, which implements the WTA (Winner Takes All) competition model. The regularity of the structure of the considered intellectually processed data for mobile robots allows for a compact implementation in a FPGA chips.

Тематику статті присвячено дослідженню особливостей базових процедур навігаційного оброблення даних для автономного керування робототехнічних систем. Розглядаються такі процедури, як аналіз та класифікація об’єктів зовнішнього середовища для мобільного робота з орієнтацією на автономне керування, а саме, на реалізацію таких його властивостей, як автономність, адаптивність та мобільність. При цьому необхідною умовою є дотримання таких ключових показників, як компактність апаратної реалізації, надійність у складних умовах та захист від несанкціонованого втручання до програмного забезпечення.  Для виявлення контрольних об’єктів та визначення їх місцеположення у даній роботі проаналізовано особливості матричного кореляційного оброблення зображень. Такий підхід дозволяє виявити наявність еталонних зображень на полі поточного зображення, а також визначити їх центри з подальшим фокусуванням зорового засобу мобільного робота. Класифікація знайдених об’єктів навігаційною системою мобільного робота необхідна для прийняття конкретних рішень стосовно його подальших дій, зокрема, для уникнення наявних перешкод. У даній роботі пропонується в якості класифікатора об’єктів використати нейроподібний класифікатор на базі лінійних дискримінантних функцій. Особливістю такого підходу є можливість задіяти альтернативний метод сортування у конкурентному шарі класифікатора, який реалізує модель конкуренції WTA (Winner Takes All). Регулярність структури розглянутих засобів інтелектуального оброблених даних для мобільних роботів передбачає компактну реалізацію у мікросхемах ПЛІС.