Nuolat tobulindamas jutimo technologijas, išmaniąsias technologijas ir skaičiavimo technologijas, išmanusis mobilusis robotas galės atlikti žmogaus vaidmenį gamyboje ir gyvenime. Taigi kokie yra pagrindiniai mobiliųjų robotų padėties nustatymo technologijos aspektai? Daroma išvada, kad šiuo metu mobilieji robotai daugiausia turi šias penkias padėties nustatymo technologijas.
Mobiliojo roboto ultragarso navigacijos ir padėties nustatymo technologija
Ultragarsinės navigacijos ir padėties nustatymo principas taip pat yra panašus į lazerio ir infraraudonųjų spindulių. Paprastai ultragarso banga skleidžiama iš ultragarso jutiklio perduodančio zondo, o susidūrus su terpės kliūtimis, ultragarso banga grįžta į priimančiąjį įrenginį.
Gavęs pats perduodamą ultragarso atspindžio signalą ir apskaičiuodamas sklidimo atstumą s pagal ultragarso perdavimo ir aido priėmimo laiko skirtumą ir sklidimo greitį, galima gauti atstumą nuo kliūties iki roboto, tai yra, yra formulė : S=TV / 2, kuriame T - laiko skirtumas tarp ultragarsinio perdavimo ir priėmimo; V - ultragarso bangos sklidimo terpėje greitis.
Žinoma, daugelis mobiliųjų robotų navigacijos ir padėties nustatymo technologijose naudoja atskirus perdavimo ir priėmimo įrenginius. Aplinkos žemėlapyje išdėstyti keli priėmimo įrenginiai, o ant mobiliojo roboto yra sumontuoti perdavimo zondai.
Mobiliųjų robotų navigacijos ir padėties nustatymo metu sunku visiškai gauti informaciją apie aplinką dėl ultragarso jutiklių defektų, tokių kaip atspindys ir ribotas spindulio kampas. Todėl ultragarso jutiklių sistema, sudaryta iš kelių jutiklių, paprastai naudojama atitinkamam aplinkos modeliui nustatyti. Jutiklio surinkta informacija serijiniu ryšiu perduodama į mobiliojo roboto valdymo sistemą. Tada valdymo sistema priima tam tikrą algoritmą atitinkamiems duomenims apdoroti pagal surinktą signalą ir nustatytą matematinį modelį, taip pat galima gauti roboto padėties aplinkos informaciją.
Dėl mažos kainos, greito informacijos gavimo greičio ir didelės skiriamosios gebos skiriamųjų pranašumų ultragarso jutiklis ilgą laiką buvo plačiai naudojamas mobiliojo roboto navigacijoje ir padėties nustatyme. Be to, renkant informaciją apie aplinką jam nereikia sudėtingų vaizdo technologijų, todėl jis greitai keičiasi ir gerai veikia realiuoju laiku.
Mobiliojo roboto vizualinė navigacija ir padėties nustatymo technologija
Vizualinės navigacijos ir padėties nustatymo sistemoje namuose ir užsienyje plačiai naudojamas navigacijos režimas, skirtas robotui sumontuoti transporto priemonės kamerą. Šiuo navigacijos režimu valdymo įranga ir jutikliai įkeliami į roboto korpusą, o aukšto lygio sprendimus, tokius kaip vaizdo atpažinimas ir kelio planavimas, atlieka borto valdymo kompiuteris.
Vizualinę navigacijos ir padėties nustatymo sistemą daugiausia sudaro: fotoaparatas (arba CCD vaizdo jutiklis), vaizdo signalo skaitmeninimo įranga, greitas signalų procesorius, pagrįstas DSP, kompiuteris ir jo išoriniai įrenginiai ir kt. Šiuo metu daugelis robotų sistemų naudoja CCD vaizdo jutiklius. Pagrindinis elementas yra silicio vaizdo elementų eilė. Šviesai jautrūs elementai ir įkrovimo perdavimo įrenginiai sukonfigūruoti ant pagrindo. Nuosekliai perkeliant mokesčius, kelių pikselių vaizdo signalai pašalinami dalijantis laiku ir nuosekliai. Pavyzdžiui, srities CCD jutiklio surinkto vaizdo skiriamoji geba gali būti nuo 32 × 32 iki 1024 × 1024 pikselių ir kt.
Vaizdinės navigacijos ir padėties nustatymo sistemos veikimo principas yra tiesiog optiškai apdoroti aplink robotą esančią aplinką. Pirma, fotoaparatas naudojamas vaizdo informacijai rinkti, surinktai informacijai suspausti, o tada grąžinti ją į mokymosi posistemį, sudarytą iš neuronų tinklo ir statistinių metodų, tada mokymosi posistemis sujungia surinktą vaizdo informaciją su tikra roboto padėtimi užbaigti autonominę roboto navigacijos ir padėties nustatymo funkciją.
Globali padėties nustatymo sistema
Šiais laikais, taikant intelektualią robotų navigacijos ir padėties nustatymo technologiją, paprastai taikomas pseudo diapazono diferencinės dinaminės padėties nustatymo metodas. Etaloninis imtuvas ir dinaminis imtuvas naudojami kartu stebint keturis GPS palydovus, o pagal tam tikrą algoritmą galima gauti trimatės roboto padėties koordinates tam tikru laiku ir tam tikru momentu. Skirtingas dinaminis padėties nustatymas pašalina palydovo laikrodžio klaidą. Vartotojams, esantiems už 1000 km nuo atskaitos stoties, jis gali pašalinti palydovo laikrodžio ir troposferos klaidas, todėl gali žymiai pagerinti dinaminės padėties nustatymo tikslumą.
Tačiau mobiliojoje navigacijoje mobiliojo GPS imtuvo padėties nustatymo tikslumui įtakos turi palydovo signalo sąlygos ir kelio aplinka, taip pat laikrodžio klaida, sklidimo klaida, imtuvo triukšmas ir daugelis kitų veiksnių. Todėl vien GPS navigacijos padėties nustatymo tikslumas ir patikimumas yra žemas. Todėl magnetinis kompasas ir optinis kodinis diskas bei GPS duomenys navigacijai. Be to, GPS navigacijos sistema netinka patalpų ar povandeninių robotų navigacijai ir didelio tikslumo robotų sistemoms.
Optinio atspindžio navigacijos ir padėties nustatymo technologija mobiliam robotui
Įprastas optinio atspindžio navigacijos ir padėties nustatymo metodas dažniausiai naudoja lazerinį arba infraraudonųjų spindulių jutiklį atstumui matuoti. Tiek lazerio, tiek infraraudonųjų spindulių navigacijai ir padėties nustatymui naudojama šviesos atspindžio technologija.
Pasaulinė lazerio padėties nustatymo sistema paprastai susideda iš besisukančio lazerio mechanizmo, veidrodžio, fotoelektrinio priėmimo įrenginio ir duomenų surinkimo bei perdavimo įrenginio.
Veikimo metu lazeris spinduliuoja į išorę per besisukantį veidrodžio mechanizmą. Kai nuskaitomas kooperatinis kelio ženklas, sudarytas iš atgalinio atšvaito, fotoelektrinis imtuvas atspindėtą šviesą apdoroja kaip aptikimo signalą, paleidžia duomenų rinkimo programą, perskaito besisukančio mechanizmo kodo disko duomenis (išmatuotą taikinio kampo vertę). , o tada perduoti jį į viršutinį kompiuterį duomenų apdorojimui per ryšį. Pagal žinomą kelio ženklo padėtį ir aptiktą informaciją galima apskaičiuoti dabartinę jutiklio padėtį ir kryptį kelio ženklų koordinačių sistemoje, kad būtų pasiektas tolesnės navigacijos ir padėties nustatymo tikslas.
Lazerio diapazono pranašumai yra siauri spinduliai, geras lygiagretumas, mažas sklaida ir didelė krypties skiriamoji geba, tačiau jį taip pat labai trikdo aplinkos veiksniai. Todėl, kaip denozuoti surinktą signalą naudojant lazerio diapazoną, taip pat yra didelė problema. Be to, lazerio diapazone yra aklųjų zonų, todėl navigaciją ir padėties nustatymą sunku atlikti tik lazeriu. Pramoninėse srityse jis paprastai naudojamas pramoniniame lauke aptikti tam tikrame diapazone, pvz., Aptikti vamzdyno įtrūkimus.
Infraraudonųjų spindulių jutimo technologija dažnai naudojama kelių jungčių roboto kliūčių vengimo sistemoje, kad susidarytų didelis roboto&plotas; jautri oda&", apimanti roboto rankos paviršių ir galinti aptikti įvairius objektus, su kuriais susiduriama roboto ranka.
Įprastas infraraudonųjų spindulių jutiklis apima kietojo kūno šviesos diodą, kuris gali skleisti infraraudonąją šviesą, ir kietojo kūno fotodiodą, naudojamą kaip imtuvas. Moduliuotas signalas perduodamas infraraudonųjų spindulių šviesą skleidžiančiu vamzdeliu, o infraraudonųjų spindulių šviesai jautrus vamzdis priima infraraudonųjų spindulių moduliuotą signalą, kurį atspindi taikinys. Aplinkos infraraudonųjų spindulių trukdžių pašalinimą garantuoja signalo moduliacija ir specialus infraraudonųjų spindulių filtras. Tegul išėjimo signalas VO atspindi atspindėtos šviesos intensyvumo išėjimo įtampą, tada VO yra atstumo tarp zondo ir ruošinio funkcija: VO=f (x, P), kur p - ruošinio atspindžio koeficientas. P yra susijęs su taikinio paviršiaus spalva ir šiurkštumu. X - atstumas tarp zondo ir ruošinio.
Kai ruošinys yra panašus taikinys su ta pačia p reikšme, X ir VO atitinka vienas po kito. X galima gauti interpoliuojant įvairių taikinių artumo matavimo eksperimentinius duomenis. Tokiu būdu roboto padėtis nuo tikslinio objekto gali būti išmatuota infraraudonųjų spindulių jutikliu, o tada mobiliuoju robotu galima naršyti ir jį išdėstyti kitais informacijos apdorojimo metodais.
Nors infraraudonųjų spindulių jutiklio pozicionavimas taip pat turi didelio jautrumo, paprastos struktūros ir pigių privalumų, dėl didelės kampo skiriamosios gebos ir mažo atstumo skiriamosios gebos jie dažnai naudojami kaip artumo jutikliai mobiliuosiuose robotuose, siekiant aptikti artėjančias ar staigias judesio kliūtis, o tai yra patogu robotų žmonėms avarijos atveju sustabdyti kliūtis.
„Slam“ technologija
Dauguma pirmaujančių paslaugų robotų įmonių naudoja „slam“ technologiją. Kas yra slam technologija? Trumpai tariant, „slam“ technologija reiškia visą roboto padėties nustatymo, žemėlapių sudarymo ir kelio planavimo nežinomoje aplinkoje procesą.
Slam (vienu metu lokalizavimas ir kartografavimas), nes jis buvo pasiūlytas 1988 m., Daugiausia naudojamas robotų judėjimo intelektui tirti. Dėl visiškai nežinomos patalpų aplinkos, kurioje yra pagrindiniai jutikliai, tokie kaip „lidar“, „slam“ technologija gali padėti robotui sudaryti patalpų aplinkos žemėlapį ir padėti robotui vaikščioti savarankiškai.
SLAM problemą galima apibūdinti taip: robotas pradeda judėti iš nežinomos vietos nežinomoje aplinkoje, suranda save pagal padėties įvertinimą ir jutiklių duomenis ir tuo pačiu sukuria papildomą žemėlapį.
„Slam“ technologijos įgyvendinimo metodai daugiausia apima „vSLAM“, „WiFi slam“ ir „lidar slam“.
1. VSLAM (vizualus SLAM)
Tai reiškia navigaciją ir tyrimus naudojant gylio kameras, tokias kaip fotoaparatas ir „Kinect“ patalpų aplinkoje. Jo darbo principas yra tiesiog atlikti optinį apdorojimą aplinkinėje roboto aplinkoje. Pirma, fotoaparatas naudojamas vaizdo informacijai rinkti, surinktai informacijai suspausti, o tada grąžinti ją į mokymosi posistemį, sudarytą iš neuronų tinklo ir statistinių metodų, o tada mokymosi posistemis sujungia surinktą vaizdo informaciją su faktine vaizdo padėtimi. robotas, Užbaikite autonominę roboto navigacijos ir padėties nustatymo funkciją.
Tačiau patalpų vSLAM vis dar yra tyrimo stadijoje ir toli gražu nėra praktinio pritaikymo. Viena vertus, skaičiavimo suma yra per didelė, todėl reikia didelio robotų sistemos našumo; Kita vertus, „vSLAM“ sukurtų žemėlapių (dažniausiai taškinių debesų) negalima naudoti planuojant robotų kelią, kurį reikia toliau tirti ir tirti.
2 „Wi -Fi“, SLAM
Tai reiškia įvairių jutimo prietaisų naudojimą išmaniuosiuose telefonuose padėties nustatymui, įskaitant „WiFi“, GPS, giroskopą, akselerometrą ir magnetometrą, ir tikslaus patalpų žemėlapio sudarymą iš gautų duomenų naudojant mašininį mokymąsi, modelio atpažinimą ir kitus algoritmus. Šios technologijos tiekėją „Apple“ įsigijo 2013 m. Nežinoma, ar „Apple“ „iPhone“ pritaikė „WiFi slam“ technologiją, kad visi „iPhone“ naudotojai prilygtų mažo piešimo roboto nešiojimui. Nėra jokių abejonių, kad tikslesnis padėties nustatymas ne tik padeda žemėlapiui, bet ir daro tikslesnes visas nuo vietos priklausomas programas (LBS).
3 „Lidar SLAM“
Tai reiškia „lidar“ kaip jutiklio naudojimą žemėlapio duomenims gauti, kad robotas galėtų sinchroniškai nustatyti vietą ir sukurti žemėlapį. Kalbant apie pačią technologiją, ji buvo gana subrendusi po daugelio metų tikrinimo, tačiau reikia skubiai išspręsti dideles „lidar“&išlaidas.
„Google“ automobiliai be vairuotojų naudoja šią technologiją. Ant stogo sumontuotas „lidar“ yra iš JAV „Velodyne“ kompanijos ir parduodamas už daugiau nei 70000 USD. Šis „lidar“, sukdamasis dideliu greičiu, gali skleisti į aplinką 64 lazerio spindulius. Kai lazeris paliečia aplinkinius objektus ir grįžta, jis gali apskaičiuoti atstumą tarp transporto priemonės kėbulo ir aplinkinių objektų. Tada kompiuterinė sistema pagal šiuos duomenis nubrėžia puikų 3D topografinį žemėlapį, o po to sujungia jį su didelės skiriamosios gebos žemėlapiu, kad sukurtų skirtingus borto kompiuterinės sistemos duomenų modelius. „Lidar“ sudaro pusę visos transporto priemonės kainos, o tai taip pat gali būti viena iš priežasčių, kodėl „Google“' transporto priemonių negalima gaminti masiškai.
„Lidar“ pasižymi stipriu kryptingumu, kuris gali veiksmingai užtikrinti navigacijos tikslumą ir prisitaikyti prie patalpų aplinkos. Tačiau „lidar slam“ pasirodė neblogai robotų vidaus navigacijos srityje, nes „lidar“ kaina yra per brangi.