Система корректировка курса беспилотного транспортного средства при движении в составе колонны на основе точечного излучения

Опубликован

Идея проекта

Участник
Полное название проекта
Система корректировка курса беспилотного транспортного средства при движении в составе колонны на основе точечного излучения
Руководитель
Мария Егорова
Заявлен
14 марта 2018, 20:14
Категории проекта
  • ИЗОБРЕТАЙ!
  • II ступень
  • На конкурс «Реактор» 2018
Ключевые слова проекта
  • курс
  • автоколонна
  • лидер
Площадка конкурса
ТехноАрт

Назначение технологии

применение точечных источников излучения для задания курса беспилотного транспортного средства при движении в составе колонны

Принцип действия технологии

При движении беспилотного транспортного средства (ТС) в составе колонны необходимо выполнение следующих минимальных условий:
1. выбор направления движения вслед впередиидущего ТС (лидера);
2. корректировка расстояния до впередиидущего ТС.
Соблюдение второго условия решается относительно просто на основе использования сонара, позволяющего контролировать как расстояние до впередиидущего ТС, так и возникновение препятствий во время движения. Соблюдение первого условия требует значительно больших усилий.
В первую очередь ведомое ТС должно определять расположение лидера на дороге относительно себя. После определения расположения лидера необходимо принять решение о следовании за лидером, либо о необходимости корректировки курса ТС. Для достижения приемлемого результата корректировку курса ТС на основе определения расположения лидера необходимо выполнять в динамике как минимум несколько раз в секунду.
Расположение лидера относительно себя беспилотное ТС может определять на основе точечного источника излучения. Таким источником может быть, например, обычный источник света. Для определения расположения лидера беспилотному ТС необходимо иметь в своём составе, как минимум, два датчика излучения. Для повышения точности определения расположения источника излучения датчики излучения должны быть разнесены относительно друг друга на возможно больший угол. Применительно к ТС это означает расположение датчиков излучения по бортам ТС.
Методика корректировки курса ТС может быть весьма простой, если сама корректировка курса выполняется достаточно часто. Алгоритм корректировки курса выглядит следующим образом:
1. Если источник излучения фиксируется обоими датчиками, то необходимо продолжать прямолинейное движение вперёд.
2. Если источник излучения фиксируется только одним датчиком, то необходимо осуществить небольшой поворот ТС в направлении датчика, который продолжает фиксировать источник излучения.
Данный алгоритм вполне работоспособен, если источник даёт малый угол излучения.

Результаты проекта

Проведённое исследование показало возможность организации движения колонны транспортных средств, при которой ведомое транспортное средство выбирает направление своего движения на основе обработки информации о точечном источнике излучения, расположенном на впередиидущем транспортном средстве.
Для доказательства возможности корректировки курса беспилотного транспортного средства на основе точечного источника излучения мной был создан макет на основе конструктора Lego Mindstorms NXT, включающий в себя два транспортных средства: ведущее и ведомое. Макет демонстрирует работоспособность метода на практике.
Движение нескольких грузовых автомобилей в колонне позволяет существенно сэкономить топливо, ведь грузовикам, идущим вслед за первым грузовиком, не требуется преодолевать сопротивление воздуха. Использование труда одного водителя вместо трех-четырех водителей также позволит снизить стоимость грузовых перевозок, что в масштабах России может привести к значительной экономии финансов при организации грузоперевозок.

Презентация

Система корректировки курса при движении в составе колонны (2) (3).pptx

Галерея проекта

План проекта

Лидер проекта
Мария Егорова
1

разработка способа корректировки курса транспортного средства относительно лидера при движении в составе колонны.

Исполнитель:
Мария Егорова
Срок:
задача уже завершена
Статус:
выполнена

Описание и инструкции


При движении беспилотного транспортного средства (ТС) в составе колонны необходимо выполнение следующих минимальных условий:
1. выбор направления движения вслед впередиидущего ТС (лидера);
2. корректировка расстояния до впередиидущего ТС.
Соблюдение второго условия решается относительно просто на основе использования сонара, позволяющего контролировать как расстояние до впередиидущего ТС, так и возникновение препятствий во время движения. Соблюдение первого условия требует значительно больших усилий.
В первую очередь ведомое ТС должно определять расположение лидера на дороге относительно себя. После определения расположения лидера необходимо принять решение о следовании за лидером, либо о необходимости корректировки курса ТС. Для достижения приемлемого результата корректировку курса ТС на основе определения расположения лидера необходимо выполнять в динамике как минимум несколько раз в секунду.
Расположение лидера относительно себя беспилотное ТС может определять на основе точечного источника излучения. Таким источником может быть, например, обычный источник света. Для определения расположения лидера беспилотному ТС необходимо иметь в своём составе, как минимум, два датчика излучения. Для повышения точности определения расположения источника излучения датчики излучения должны быть разнесены относительно друг друга на возможно больший угол. Применительно к ТС это означает расположение датчиков излучения по бортам ТС.
Методика корректировки курса ТС может быть весьма простой, если сама корректировка курса выполняется достаточно часто. Алгоритм корректировки курса выглядит следующим образом:
1. Если источник излучения фиксируется обоими датчиками, то необходимо продолжать прямолинейное движение вперёд.
2. Если источник излучения фиксируется только одним датчиком, то необходимо осуществить небольшой поворот ТС в направлении датчика, который продолжает фиксировать источник излучения.
Данный алгоритм вполне работоспособен, если источник даёт малый угол излучения.

Ключевые слова задачи

    Компетенции

    1. владение навыками алгоритмического мышления и понимание необходимости формального описания алгоритмов
    2. владение умением понимать программы, написанные на выбранном для изучения универсальном алгоритмическом языке высокого уровня; знанием основных конструкций программирования; умением анализировать алгоритмы с использованием таблиц
    3. сформированность базовых навыков и умений по соблюдению требований техники безопасности, гигиены и ресурсосбережения при работе со средствами информатизации; понимания основ правовых аспектов использования компьютерных программ и работы в Интернете.
    4. Сформированность навыков коммуникативной, учебно-исследовательской деятельности, критического мышления
    5. Способность к инновационной, аналитической, творческой, интеллектуальной деятельности
    6. Способность постановки цели и формулирования гипотезы исследования, планирования работы, отбора и интерпретации необходимой информации, структурирования аргументации результатов исследования на основе собранных данных, презентации результатов

    Приложенные файлы

      2

      собрать макет, включающий в себя два беспилотных ТС на основе конструктора Lego Mindstorms NXT

      Исполнитель:
      Мария Егорова
      Срок:
      задача уже завершена
      Статус:
      выполнена

      Описание и инструкции

      Для проверки метода на практике я собрала макет, включающий в себя два беспилотных ТС на основе конструктора Lego Mindstorms NXT. Два беспилотных ТС необходимы для проверки работоспособности метода корректировки курса при движении в составе колонны.
      Каждое беспилотное ТС в составе макета представляет собой четырёхколёсную тележку с двумя ведущими колёсами, каждое из которых приводится в действие собственным электромотором. Такая конструкция позволяет выполнять повороты на местности. Из-за особенностей конструкции макета у ТС-лидера ведущие колёса — передние, а у ведомого ТС — задние.
      Ведущие колёса у ТС в составе макета выполнены на основе общей балки и напрямую подсоединены к электромоторам. Конструкция также предусматривает возможность установки датчиков на корпусе робота.
      По бокам ведомого ТС в составе макета расположены датчики освещённости. Они реагируют на источники света, расположенные в задней части ТС-лидера. Источники света и датчики освещённости выполняют роль источника излучения и датчиков излучения. При применении метода на практике, а не в составе макета, необходимо заменить световое излучение на другой вид электромагнитного излучения, обладающего схожими характеристиками.
      В передней части ведомого ТС располагается датчик расстояния для контроля расстояния до впередиидущего ТС и обнаружения препятствий.
      Для удобства управления макетом ТС-лидер управляется посредством Bluetooth с отдельного контроллера Lego. Команды ТС-лидеру передаются путём нажатия клавиш на корпусе контроллера.
      Перед применением макета необходимо откалибровать датчики освещённости в том помещении, где будет проводиться его демонстрация, однако, из-за особенностей конструкции тестирование макета необходимо проводить в слабоосвещённом помещении.

      Ключевые слова задачи

        Компетенции

        1. владение навыками познавательной, учебно-исследовательской и проектной деятельности, навыками разрешения проблем; способность и готовность к самостоятельному поиску методов решения практических задач, применению различных методов познания
        2. готовность и способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности, включая умение ориентироваться в различных источниках информации, критически оценивать и интерпретировать информацию, получаемую из различных источников
        3. владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; уверенное пользование физической терминологией и символикой
        4. владение основными методами научного познания, используемыми в физике: наблюдение, описание, измерение, эксперимент; умения обрабатывать результаты измерений, обнаруживать зависимость между физическими величинами, объяснять полученные результаты и делать выводы
        5. владение умениями выдвигать гипотезы на основе знания основополагающих физических закономерностей и законов, проверять их экспериментальными средствами, формулируя цель исследования

        Приложенные файлы