Research efforts on the development of autonomous vehicles date back to the 1920s and recent announcements indicate that those cars are close to becoming commercially available. However, the most successful prototypes that are currently being demonstrated rely on an expensive set of sensors. This study investigates the use of an affordable vision system as a planner for the Robocart, an autonomous golf cart prototype developed by the Wireless Innovation Laboratory at WPI. The proposed approach relies on a stereo vision system composed of a pair of Raspberry Pi computers, each one equipped with a Camera Module. They are connected to a server and their clocks are synchronized using the Precision Time Protocol (PTP). The server uses timestamps to obtain a pair of simultaneously captured images. Images are processed to generate a disparity map using stereo matching and points in this map are reprojected to the 3D world as a point cloud. Then, an occupancy grid is built and used as input for an A* graph search that finds a collision-free path for the robot. Due to the non-holonomic constraints of a car-like robot, a Pure Pursuit algorithm is used as the control method to guide the robot along the computed path. The cameras are also used by a Visual Odometry algorithm that tracks points on a sequence of images to estimate the position and orientation of the vehicle. The algorithms were implemented using the C++ language and the open source library OpenCV. Tests in a controlled environment show promising results and the interfaces between the server and the Robocart have been defined, so that the proposed method can be used on the golf cart as soon as the mechanical systems are fully functional.

In such hazardous environment as radiation-dangerous, extremely dusty and highly toxic various technological operations can be performed. One of these operations is the repair and assembly work that should be carried out in standalone boxes (in specially equipped enclosed spaces, without the human participation), and mobile robots, in particular, robocarts (robots on a moving chassis) perform these operations. In this work the robots are being analyzed, the major types of classification, the systems of journey and basic types of mobile robot movers are proposed. Based on the classification and analysis, a robot on a moving chassis with an in-plane parallel motion and an observing robot have been selected. A two-coordinate control system for the observing robot in the Cartesian coordinate system has been developed, the principles of constructing a robot control system by each coordinate have been considered. It has been suggested to build one of the coordinates from such components as the program input device, the absolute and incremental encoders, transcoding coder, coincidence unit, as to the second coordinate, to build it from from the following components: the cable with reflective and light absorbing sections, photo heads, transcoding coder. The ring code -to-binary code converter has also been designed because by one of the coordinates the code needs to be converted into a ring code and a program memory device that automatically determines the direction of movement and helps to avoid operator error. Since the robocart and the observing robot must work together, it is suggested to combine them into a single robotized technological complex. As the observing robot moves in the Cartesian coordinate system, and the robocart in the polar coordinates a program has also been developed to convert the polar coordinates into cartesian coordinates. In the course of work on the master's thesis, 7 patents of the Russian Federation for utility model and 1 registration certificate of the computer program have been received. The work was reported at the All Russian Youth Conference "Regional programs and projects in the field of intellectual property through the eyes of young people". The thesis of the report was published in the collection of scientific papers of the conference. / Цель работы - разработка принципов построения роботокомплекса для производства ремонтно-сборочных работ в автономных боксах. Дипломная работа выполнена на кафедре Металлообрабатывающие станки и инструменты Уральского Федерального университета – УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина и посвящена созданию роботокомплекса для производства ремонтно-сборочных работ в автономных боксах. В опасных средах, таких как радиоационно-опасная, чрезмерная запыленная и высокотоксичная средах, могут выполнятся различные технологические операции. Одна из таких операции – это ремонтно-сборочные работы, которые должны проводится в автономных боксах (в специально оборудованных закрытых помещениях, без прямого участия в нем человека), а выполнять такие операции должны мобильные роботы, в частности, робокары (роботы перемещающиеся на подвижном шасси). В данной работе проанализированы роботы, предложены классификации основные виды, системы маршрутослежения и базовые типы движителей мобильных роботов. На основании классификации и анализа выбран робот на подвижном шасси с плоско-параллельным перемещением и робот-наблюдатель. Разработана двухкоординатная система управления роботом-наблюдателем в декартовой системе, рассмотрены принципы построения системы управления роботом по каждой координате. Предложено по одной координате строить из таких узлов, как устройство ввода программы, абсолютный и инкрементный энкодеры, кодопреобразователь, блок совпадения, по второй координате из следующих узлов: трос со светоотражающими и светопоглощающими участками, фотоголовки, кодопреобразователь. Разработаны так же преобразователь естественного двоичного кода в кольцевой код, так как в одной из координат код необходимо преобразовывать в кольцевой и устройство для запоминания программы, которое автоматически определяет направление перемещения и помогает избежать ошибки оператора. Поскольку робокар и робот-наблюдатель должные работать согласовано предложено объединить их в единый роботокомплекс. Так как робот-наблюдатель перемещается в декартовых координатах, а робокар в полярных, также разработана программа для преобразования полярных координат в декартовы. В ходе работы над магистерской диссертацией, было получено 7 патентов РФ на полезную модель и 1 свидетельство о регистрации программы ЭВМ. Работа докладывалась на Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Региональные программы и проекты в области интеллектуальной собственности глазами молодежи» Тезис доклада опубликован в сборнике трудов конференции. В пояснительной записке к магистерской диссертации также приведено обоснование экономической эффективности создания робокара. Также определены мероприятия, обеспечивающие оптимальные условия труда для персонала, обслуживающего систему.