Με τη συνεχή βελτίωση της τεχνολογίας ανίχνευσης, της ευφυούς τεχνολογίας και της τεχνολογίας πληροφορικής, το ευφυές κινητό ρομπότ θα είναι σε θέση να διαδραματίσει ανθρώπινο ρόλο στην παραγωγή και τη ζωή. Ποιες είναι λοιπόν οι κύριες πτυχές της τεχνολογίας τοποθέτησης κινητών ρομπότ; Συνάγεται το συμπέρασμα ότι επί του παρόντος, τα κινητά ρομπότ διαθέτουν κυρίως αυτές τις πέντε τεχνολογίες εντοπισμού θέσης.
Τεχνολογία υπερηχητικής πλοήγησης και τοποθέτησης για κινητό ρομπότ
Η αρχή εργασίας της υπερηχητικής πλοήγησης και τοποθέτησης είναι επίσης παρόμοια με αυτή του λέιζερ και των υπέρυθρων. Συνήθως, το υπερηχητικό κύμα εκπέμπεται από τον αισθητήρα μετάδοσης του αισθητήρα υπερήχων και το υπερηχητικό κύμα επιστρέφει στη συσκευή λήψης όταν αντιμετωπίζει εμπόδια στο μέσο.
Με τη λήψη του υπερηχητικού σήματος αντανάκλασης που μεταδίδεται από μόνο του, και τον υπολογισμό της απόστασης διάδοσης s σύμφωνα με τη διαφορά ώρας και την ταχύτητα διάδοσης της μετάδοσης υπερήχων και της λήψης ηχούς, η απόσταση από το εμπόδιο για το ρομπότ μπορεί να ληφθεί, δηλαδή, υπάρχει ένας τύπος: S = TV / 2, στον οποίο T - η διαφορά ώρας μεταξύ υπερηχητικής μετάδοσης και λήψης? V - ταχύτητα κυμάτων της υπερηχητικής διάδοσης κυμάτων στο μέσο.
Φυσικά, πολλά κινητά ρομπότ χρησιμοποιούν ξεχωριστές συσκευές μετάδοσης και λήψης στην τεχνολογία πλοήγησης και εντοπισμού θέσης. Πολλαπλές συσκευές λήψης είναι τοποθετημένες στον περιβαλλοντικό χάρτη και οι ανιχνευτές μετάδοσης εγκαθίστανται στο κινητό ρομπότ.
Στην πλοήγηση και την τοποθέτηση των κινητών ρομπότ, είναι δύσκολο να ληφθούν πλήρως οι πληροφορίες περιβάλλοντος που περιβάλλονται λόγω των ελαττωμάτων των αισθητήρων υπερήχων, όπως η αντανάκλαση φασματικών και η περιορισμένη γωνία δέσμης. Ως εκ τούτου, το σύστημα αισθητήρων υπερήχων που αποτελείται από πολλαπλούς αισθητήρες χρησιμοποιείται συνήθως για την καθιέρωση του αντίστοιχου μοντέλου περιβάλλοντος, Οι πληροφορίες που συλλέγονται από τον αισθητήρα μεταδίδονται στο σύστημα ελέγχου του κινητού ρομπότ μέσω σειριακής επικοινωνίας. Στη συνέχεια, το σύστημα ελέγχου υιοθετεί έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο για την επεξεργασία των αντίστοιχων δεδομένων σύμφωνα με το συλλεγμένο σήμα και το καθιερωμένο μαθηματικό μοντέλο, και μπορούν να ληφθούν οι πληροφορίες περιβάλλοντος θέσης του ρομπότ.
Λόγω των πλεονεκτημάτων του χαμηλού κόστους, του γρήγορου ποσοστού απόκτησης πληροφοριών και της υψηλής ανάλυσης εύρους, ο αισθητήρας υπερήχων έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην πλοήγηση και την τοποθέτηση κινητού ρομπότ για μεγάλο χρονικό διάστημα. Επιπλέον, δεν χρειάζεται πολύπλοκη τεχνολογία εικόνας κατά τη συλλογή περιβαλλοντικών πληροφοριών, οπότε έχει γρήγορη ταχύτητα και καλή απόδοση σε πραγματικό χρόνο.
Τεχνολογία οπτικής πλοήγησης και τοποθέτησης κινητού ρομπότ
Στο σύστημα οπτικής πλοήγησης και εντοπισμού θέσης, ο τρόπος πλοήγησης της εγκατάστασης κάμερας οχήματος σε ρομπότ με βάση την τοπική όραση χρησιμοποιείται ευρέως στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Σε αυτή τη λειτουργία πλοήγησης, ο εξοπλισμός ελέγχου και οι συσκευές ανίχνευσης φορτώνονται στο σώμα του ρομπότ και οι αποφάσεις υψηλού επιπέδου, όπως η αναγνώριση εικόνας και ο σχεδιασμός διαδρομής, ολοκληρώνονται από τον υπολογιστή ελέγχου επί του σκάφους.
Το οπτικό σύστημα πλοήγησης και τοποθέτησης περιλαμβάνει κυρίως: κάμερα (ή αισθητήρα εικόνας CCD), εξοπλισμό ψηφιοποίησης σήματος βίντεο, επεξεργαστή γρήγορου σήματος με βάση το DSP, τον υπολογιστή και τα περιφερειακά του κ.λπ. Προς το παρόν, πολλά συστήματα ρομπότ χρησιμοποιούν αισθητήρες εικόνας CCD. Το βασικό στοιχείο είναι μια σειρά από στοιχεία απεικόνισης πυριτίου. Τα φωτοευαίσθητη στοιχεία και οι συσκευές μεταφοράς φόρτισης διαμορφώνονται σε ένα υπόστρωμα. Μέσω της διαδοχικής μεταφοράς των φορτίων, τα σήματα βίντεο πολλών εικονοστοιχείων λαμβάνονται εκτός χρόνου και διαδοχικά. Για παράδειγμα, η ανάλυση της εικόνας που συλλέγεται από τον αισθητήρα CCD περιοχής μπορεί να είναι από 32 × 32 έως 1024 × 1024 pixels κ.λπ.
Η αρχή εργασίας του συστήματος οπτικής πλοήγησης και τοποθέτησης είναι απλά η οπτική επεξεργασία του περιβάλλοντος γύρω από το ρομπότ. Πρώτον, η φωτογραφική μηχανή χρησιμοποιείται για τη συλλογή των πληροφοριών εικόνας, τη συμπίεση των συλλεγόμενων πληροφοριών και, στη συνέχεια, την τροφοδοσία τους πίσω σε ένα υποσύστημα μάθησης που αποτελείται από νευρωνικό δίκτυο και στατιστικές μεθόδους, στη συνέχεια, το υποσύστημα μάθησης συνδέει τις συλλεγμένες πληροφορίες εικόνας με την πραγματική θέση του ρομπότ για να ολοκληρώσει την αυτόνομη λειτουργία πλοήγησης και τοποθέτησης του ρομπότ.
παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης
Σήμερα, στην εφαρμογή της ευφυούς τεχνολογίας πλοήγησης ρομπότ και τοποθέτησης, υιοθετείται γενικά η μέθοδος δυναμικής τοποθέτησης του ψευδο-εύρους διαφορικού. Ο δέκτης αναφοράς και ο δυναμικός δέκτης χρησιμοποιούνται για την παρατήρηση τεσσάρων δορυφόρων GPS μαζί και οι τρισδιάστατες συντεταγμένες θέσης του ρομπότ σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή και στιγμή μπορούν να ληφθούν σύμφωνα με έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο. Η διαφορική δυναμική τοποθέτηση εξαλείφει το σφάλμα του δορυφορικού ρολογιού. Για τους χρήστες 1000 χιλιόμετρα μακριά από το σταθμό αναφοράς, μπορεί να εξαλείψει το σφάλμα δορυφορικού ρολογιού και το τροποσφαιρικό λάθος, έτσι μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη δυναμική ακρίβεια τοποθέτησης.
Ωστόσο, στην κινητή πλοήγηση, η ακρίβεια τοποθέτησης του κινητού δέκτη GPS επηρεάζεται από τις συνθήκες δορυφορικού σήματος και το οδικό περιβάλλον, καθώς και από το σφάλμα του ρολογιού, το σφάλμα διάδοσης, το θόρυβο του δέκτη και πολλούς άλλους παράγοντες. Ως εκ τούτου, η ακρίβεια τοποθέτησης και η αξιοπιστία της πλοήγησης GPS μόνο είναι χαμηλές. Ως εκ τούτου, μαγνητική πυξίδα και οπτικός δίσκος κώδικα και δεδομένα GPS για πλοήγηση. Επιπλέον, το σύστημα πλοήγησης GPS δεν είναι κατάλληλο για εσωτερική ή υποβρύχια πλοήγηση ρομπότ και ρομποτικά συστήματα με ακρίβεια υψηλής θέσης.
Τεχνολογία πλοήγησης και τοποθέτησης οπτικής αντανάκλασης για κινητό ρομπότ
Η τυπική μέθοδος πλοήγησης και τοποθέτησης οπτικής αντανάκλασης χρησιμοποιεί κυρίως αισθητήρα λέιζερ ή υπερύθρων για τη μέτρηση της απόστασης. Τόσο το λέιζερ όσο και οι υπέρυθρες χρησιμοποιούν τεχνολογία αντανάκλασης φωτός για πλοήγηση και τοποθέτηση.
Το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης λέιζερ αποτελείται γενικά από τον περιστρεφόμενο μηχανισμό λέιζερ, τον καθρέφτη, τη φωτοηλεκτρική συσκευή λήψης και τη συσκευή απόκτησης και μετάδοσης στοιχείων.
Κατά τη λειτουργία, το λέιζερ εκπέμπεται προς τα έξω μέσω του περιστρεφόμενου μηχανισμού καθρέφτη. Όταν σαρώνεται το συνεταιριστικό οδικό σήμα που αποτελείται από ανακλαστήρα προς τα πίσω, το ανακλώμενα φως επεξεργάζεται ο φωτοηλεκτρικός δέκτης ως σήμα ανίχνευσης, ξεκινά το πρόγραμμα απόκτησης δεδομένων, διαβάζει τα δεδομένα του δίσκου κώδικα του περιστρεφόμενου μηχανισμού (η μετρούμενη τιμή γωνίας του στόχου) και στη συνέχεια το διαβιβάζει στον ανώτερο υπολογιστή για επεξεργασία δεδομένων μέσω επικοινωνίας, Σύμφωνα με τη γνωστή θέση και τις εντοπισμένες πληροφορίες της πινακίδας, μπορεί να υπολογιστεί η τρέχουσα θέση και κατεύθυνση του αισθητήρα στο σύστημα συντεταγμένων οδικής σήμανσης, ώστε να επιτευχθεί ο σκοπός της περαιτέρω πλοήγησης και τοποθέτησης.
Το λέιζερ που κυμαίνεται έχει τα πλεονεκτήματα της στενής ακτίνας, του καλού παραλληλισμού, της μικρής διασποράς και της υψηλής κλίμακας ανάλυσης κατεύθυνσης, αλλά διαταράσσεται επίσης πολύ από τους περιβαλλοντικούς παράγοντες. Ως εκ τούτου, πώς να denoise το συλλεγμένο σήμα κατά τη χρήση λέιζερ που κυμαίνεται είναι επίσης ένα μεγάλο πρόβλημα. Επιπλέον, υπάρχουν τυφλές περιοχές στο λέιζερ που κυμαίνονται, έτσι είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί πλοήγηση και τοποθέτηση μόνο με λέιζερ, Σε βιομηχανικές εφαρμογές, χρησιμοποιείται γενικά στην ανίχνευση βιομηχανικών πεδίων μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος, όπως η ανίχνευση ρωγμών σωληνώσεων.
Η τεχνολογία υπέρυθρης ανίχνευσης χρησιμοποιείται συχνά στο πολυ κοινό σύστημα αποφυγής εμποδίων ρομπότ για να διαμορφώσει μια μεγάλη περιοχή του «ευαίσθητου δέρματος» ρομπότ, το οποίο καλύπτει την επιφάνεια του βραχίονα ρομπότ και μπορεί να ανιχνεύσει τα διάφορα αντικείμενα που συναντώνται στη λειτουργία του βραχίονα ρομπότ.
Ένας τυπικός υπέρυθρος αισθητήρας περιλαμβάνει μια δίοδο εκπομπής φωτός στερεάς κατάστασης που μπορεί να εκπέμπει υπέρυθρο φως και φωτοδίοδο στερεάς κατάστασης που χρησιμοποιείται ως δέκτης. Το διαμορφωμένο σήμα μεταδίδεται από το υπέρυθρο σωλήνα εκπομπής φωτός και ο υπέρυθρος φωτοευαίσθητος σωλήνας λαμβάνει το υπέρυθρο διαμορφωμένο σήμα που αντανακλάται από το στόχο. Η εξάλειψη των παρεμβολών υπέρυθρου φωτός περιβάλλοντος είναι εγγυημένη από τη διαμόρφωση σημάτων και το ειδικό υπέρυθρο φίλτρο. Αφήστε το σήμα εξόδου VO να αντιπροσωπεύει την έξοδο τάσης της ανακλώμενων έντασης φωτός, τότε vo είναι μια συνάρτηση της απόστασης μεταξύ του καθετήρα και του τεμαχίου εργασίας: VO = f (x, P), όπου p - ο συντελεστής αντανάκλασης του τεμαχίου εργασίας. Το P σχετίζεται με το χρώμα της επιφάνειας και την τραχύτητα του στόχου. X - απόσταση μεταξύ καθετήρα και τεμαχίου εργασίας.
Όταν το τεμάχιο εργασίας είναι παρόμοιος στόχος με την ίδια τιμή p, το X και το VO αντιστοιχούν ένα προς ένα. Το X μπορεί να επιτευχθεί παρεμβαάνοντας τα πειραματικά δεδομένα μέτρησης εγγύτητας διαφόρων στόχων. Με αυτόν τον τρόπο, η θέση του ρομπότ από το αντικείμενο-στόχο μπορεί να μετρηθεί με υπέρυθρο αισθητήρα και στη συνέχεια το κινητό ρομπότ μπορεί να πλοηγηθεί και να τοποθετηθεί με άλλες μεθόδους επεξεργασίας πληροφοριών.
Παρόλο που η τοποθέτηση υπέρυθρων αισθητήρων έχει επίσης τα πλεονεκτήματα της υψηλής ευαισθησίας, της απλής δομής και του χαμηλού κόστους, λόγω της υψηλής ανάλυσης γωνίας και της χαμηλής ανάλυσης απόστασης, χρησιμοποιούνται συχνά ως αισθητήρες εγγύτητας σε κινητά ρομπότ για την ανίχνευση εμποδίων προσέγγισης ή ξαφνικής κίνησης, κάτι που είναι βολικό για τους ανθρώπους ρομπότ να σταματήσουν τα εμπόδια σε μια κατάσταση έκτακτης ανάγκης.
Τεχνολογία Slam
Οι περισσότερες από τις κορυφαίες επιχειρήσεις ρομπότ υπηρεσιών υιοθετούν την τεχνολογία slam. Τι είναι η τεχνολογία slam; Εν ολίγοις, η τεχνολογία slam αναφέρεται στην όλη διαδικασία τοποθέτησης ρομπότ, χαρτογράφησης και σχεδιασμού μονοπατιών σε ένα άγνωστο περιβάλλον.
Το Slam (ταυτόχρονος εντοπισμός και χαρτογράφηση), από τότε που προτάθηκε το 1988, χρησιμοποιείται κυρίως για τη μελέτη της νοημοσύνης της κίνησης των ρομπότ. Για εντελώς άγνωστο εσωτερικό περιβάλλον, εξοπλισμένο με αισθητήρες πυρήνα όπως lidar, η τεχνολογία slam μπορεί να βοηθήσει το ρομπότ να δημιουργήσει έναν εσωτερικό χάρτη περιβάλλοντος και να βοηθήσει το ρομπότ να περπατήσει ανεξάρτητα.
Το πρόβλημα SLAM μπορεί να περιγραφεί ως: το ρομπότ αρχίζει να κινείται από άγνωστη θέση σε άγνωστο περιβάλλον, εντοπίζεται σύμφωνα με την εκτίμηση θέσης και τα δεδομένα των αισθητήρων και κατασκευάζει ταυτόχρονα έναν στοιχειώδη χάρτη.
Οι προσεγγίσεις εφαρμογής της τεχνολογίας slam περιλαμβάνουν κυρίως vSLAM, WiFi slam και lidar slam.
1. VSLAM (οπτικό SLAM)
Αναφέρεται στην πλοήγηση και την εξερεύνηση με κάμερες βάθους όπως κάμερα και Kinect σε εσωτερικό περιβάλλον. Η αρχή εργασίας του είναι απλά να πραγματοποιήσει οπτική επεξεργασία στο περιβάλλον του ρομπότ. Πρώτον, η φωτογραφική μηχανή χρησιμοποιείται για τη συλλογή των πληροφοριών εικόνας, τη συμπίεση των συλλεγόμενων πληροφοριών και, στη συνέχεια, την τροφοδοσία τους σε ένα υποσύστημα μάθησης που αποτελείται από νευρωνικό δίκτυο και στατιστικές μεθόδους και στη συνέχεια το υποσύστημα μάθησης συνδέει τις συλλεγμένες πληροφορίες εικόνας με την πραγματική θέση του ρομπότ, ολοκληρώστε την αυτόνομη λειτουργία πλοήγησης και τοποθέτησης του ρομπότ.
Ωστόσο, το εσωτερικό vSLAM είναι ακόμα στο στάδιο της έρευνας και απέχει πολύ από την πρακτική εφαρμογή. Από τη μία πλευρά, ο αριθμός των υπολογισμών είναι πολύ μεγάλος, γεγονός που απαιτεί υψηλή απόδοση του ρομποτικού συστήματος. Από την άλλη, οι χάρτες που παράγονται από το vSLAM (κυρίως σύννεφα σημείου) δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σχεδιασμό μονοπατιών ρομπότ, ο οποίος χρειάζεται περαιτέρω εξερεύνηση και έρευνα.
2.Wifi-SLAM
Αναφέρεται στη χρήση μιας ποικιλίας συσκευών ανίχνευσης σε έξυπνα τηλέφωνα για τοποθέτηση, συμπεριλαμβανομένων WiFi, GPS, γυροσκόπιο, επιταχυνσιόμετρο και μαγνητόμετρο και σχεδίαση ακριβούς εσωτερικού χάρτη από τα δεδομένα που λαμβάνονται μέσω μηχανικής μάθησης, αναγνώρισης μοτίβων και άλλων αλγορίθμων. Ο πάροχος αυτής της τεχνολογίας εξαγοράστηκε από την Apple το 2013. Είναι άγνωστο αν η Apple έχει εφαρμόσει τεχνολογία WiFi slam στο iPhone, έτσι ώστε όλοι οι χρήστες iPhone να είναι ισοδύναμοι με τη μεταφορά ενός μικρού ρομπότ σχεδίασης. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η ακριβέστερη τοποθέτηση δεν ευνοεί μόνο τον χάρτη, αλλά καθιστά επίσης όλες τις εφαρμογές που εξαρτώνται από την τοποθεσία (LBS) πιο ακριβείς.
3.Λίνταρ SLAM
Αναφέρεται στη χρήση του lidar ως αισθητήρα για την απόκτηση δεδομένων χάρτη, έτσι ώστε το ρομπότ να μπορεί να πραγματοποιήσει σύγχρονη τοποθέτηση και κατασκευή χαρτών. Όσον αφορά την ίδια την τεχνολογία, ήταν αρκετά ώριμη μετά από χρόνια επαλήθευσης, αλλά το σημείο συμφόρησης του υψηλού κόστους του lidar πρέπει να επιλυθεί επειγόντως.
Τα αυτοκίνητα χωρίς οδηγό της Google χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία. Το lidar που είναι εγκατεστημένο στην οροφή προέρχεται από την εταιρεία velodyne των Ηνωμένων Πολιτειών και πωλείται για περισσότερα από 70000 δολάρια. Αυτό το lidar μπορεί να εκπέμπει 64 ακτίνες λέιζερ στο περιβάλλον όταν περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητα. Όταν το λέιζερ αγγίζει τα γύρω αντικείμενα και επιστρέφει, μπορεί να υπολογίσει την απόσταση μεταξύ του σώματος του οχήματος και των γύρω αντικειμένων. Στη συνέχεια, το σύστημα του υπολογιστή σχεδιάζει έναν λεπτό τρισδιάστατο τοπογραφικό χάρτη σύμφωνα με αυτά τα δεδομένα και στη συνέχεια τον συνδυάζει με τον χάρτη υψηλής ανάλυσης για τη δημιουργία διαφορετικών μοντέλων δεδομένων για το ενσωματωμένο σύστημα υπολογιστή. Η Lidar αντιπροσωπεύει το ήμισυ του κόστους ολόκληρου του οχήματος, γεγονός που μπορεί επίσης να είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους τα μη επανδρωμένα οχήματα της Google δεν είναι σε θέση να παραχθούν μαζικά.
Το Lidar έχει τα χαρακτηριστικά της ισχυρής αμεσότητας, η οποία μπορεί αποτελεσματικά να εξασφαλίσει την ακρίβεια της ναυσιπλοΐας και να προσαρμοστεί στο εσωτερικό περιβάλλον. Ωστόσο, lidar slam δεν έχει αποδώσει καλά στον τομέα της πλοήγησης σε εσωτερικούς χώρους ρομπότ, επειδή η τιμή του lidar είναι πολύ ακριβή.