Vďaka neustálemu zdokonaľovaniu technológie snímania, inteligentnej technológie a výpočtovej technológie bude inteligentný mobilný robot schopný hrať ľudskú úlohu vo výrobe a živote. Aké sú teda hlavné aspekty technológie určovania polohy mobilného robota? Prichádza sa k záveru, že v súčasnosti majú mobilné roboty hlavne týchto päť technológií polohovania.
Ultrazvuková navigačná a polohovacia technológia pre mobilného robota
Princíp činnosti ultrazvukovej navigácie a určovania polohy je tiež podobný laserovému a infračervenému žiareniu. Ultrazvuková vlna je zvyčajne vysielaná z vysielacej sondy ultrazvukového senzora a pri stretnutí s prekážkami v médiu sa ultrazvuková vlna vracia do prijímacieho zariadenia.
Prijatím samotného ultrazvukového signálu odrazu a výpočtu vzdialenosti šírenia s podľa časového rozdielu a rýchlosti šírenia ultrazvukového prenosu a príjmu ozveny sa dá získať vzdialenosť od prekážky k robotu, to znamená, že existuje vzorec : S=TV / 2, v ktorom T - časový rozdiel medzi ultrazvukovým prenosom a príjmom; V - rýchlosť vlny ultrazvuku šíriaca sa v médiu.
Samozrejme, mnoho mobilných robotov používa oddelené vysielacie a prijímacie zariadenia v navigačnej a polohovacej technológii. V environmentálnej mape je usporiadaných viac prijímacích zariadení a na mobilnom robotovi sú nainštalované vysielacie sondy.
Pri navigácii a určovaní polohy mobilných robotov je ťažké úplne získať informácie o okolitom prostredí kvôli chybám ultrazvukových senzorov, ako sú zrkadlový odraz a obmedzený uhol lúča. Ultrazvukový senzorový systém zložený z viacerých senzorov sa zvyčajne používa na stanovenie zodpovedajúceho modelu prostredia. Informácie zhromaždené senzorom sa prenášajú do riadiaceho systému mobilného robota prostredníctvom sériovej komunikácie. Potom riadiaci systém prijme určitý algoritmus na spracovanie zodpovedajúcich údajov podľa zozbieraného signálu a zavedeného matematického modelu a je možné získať informácie o pozícii prostredia robota.
Vzhľadom na výhody nízkych nákladov, rýchleho získavania informácií a vysokého rozlíšenia rozsahu je ultrazvukový senzor už dlho používaný v navigácii a určovaní polohy mobilného robota. Navyše pri zbere informácií o životnom prostredí nepotrebuje komplexnú obrazovú technológiu, takže má vysokú rýchlosť a dobrý výkon v reálnom čase.
Technológia vizuálnej navigácie a určovania polohy mobilného robota
V systéme vizuálnej navigácie a určovania polohy je navigačný režim inštalácie kamery do robota na základe miestneho videnia široko používaný doma i v zahraničí. V tomto navigačnom režime je riadiace zariadenie a snímacie zariadenia načítané na telo robota a rozhodnutia na vysokej úrovni, ako je rozpoznávanie obrazu a plánovanie cesty, dokončuje palubný riadiaci počítač.
Systém vizuálnej navigácie a určovania polohy obsahuje predovšetkým: kameru (alebo obrazový snímač CCD), zariadenie na digitalizáciu videosignálu, procesor rýchleho signálu založený na DSP, počítač a jeho periférie atď. V súčasnosti mnoho robotických systémov používa obrazové snímače CCD. Základným prvkom je rad silikónových zobrazovacích prvkov. Fotosenzitívne prvky a zariadenia na prenos náboja sú nakonfigurované na substráte. Prostredníctvom sekvenčného prenosu nábojov sa videosignály z viacerých pixelov vyberú zdieľaním času a postupne. Napríklad rozlíšenie obrazu zhromaždeného pomocou oblastného CCD senzora môže byť od 32 × 32 do 1024 × 1024 pixelov atď.
Princípom činnosti systému vizuálnej navigácie a určovania polohy je jednoducho opticky spracovať prostredie okolo robota. Najprv sa kamera použije na zhromaždenie obrazových informácií, skomprimovanie zozbieraných informácií a ich zavedenie späť do vzdelávacieho subsystému zloženého z neurónových sietí a štatistických metód. Potom študijný subsystém spojí zozbierané obrazové informácie so skutočnou polohou robota. dokončiť funkciu autonómnej navigácie a určovania polohy robota.
globálny polohovací systém
V dnešnej dobe sa v aplikácii inteligentnej robotickej navigácie a technológie určovania polohy všeobecne používa metóda diferenciálneho dynamického určovania polohy v pseudo rozsahu. Referenčný prijímač a dynamický prijímač sa používajú na spoločné sledovanie štyroch satelitov GPS a trojrozmerné súradnice polohy robota v určitom čase a okamihu je možné získať podľa určitého algoritmu. Diferenciálne dynamické určovanie polohy eliminuje chybu satelitných hodín. Pre používateľov vzdialených 1000 km od referenčnej stanice môže odstrániť chybu satelitných hodín a troposférickú chybu, takže môže výrazne zlepšiť presnosť dynamického určovania polohy.
V mobilnej navigácii je však presnosť určovania polohy mobilného prijímača GPS ovplyvnená stavom satelitného signálu a prostredím vozovky, ako aj chybou hodín, chybou šírenia, hlukom prijímača a mnohými ďalšími faktormi. Presnosť určovania polohy a spoľahlivosť samotnej navigácie GPS sú preto nízke. Preto magnetický kompas a disk s optickým kódom a údaje GPS pre navigáciu. Navigačný systém GPS navyše nie je vhodný pre vnútorné ani podvodné navigačné a robotické systémy s vysokou presnosťou polohy.
Technológia navigácie a určovania polohy s optickým odrazom pre mobilného robota
Typická metóda navigácie a určovania polohy s optickým odrazom používa na meranie vzdialenosti hlavne laserový alebo infračervený senzor. Laserové aj infračervené žiarenie používajú na navigáciu a určovanie polohy technológiu odrazu svetla.
Laserový globálny polohovací systém sa spravidla skladá z laserového rotačného mechanizmu, zrkadla, fotoelektrického prijímacieho zariadenia a zariadenia na zber a prenos údajov.
Počas prevádzky je laser emitovaný smerom von prostredníctvom mechanizmu rotujúceho zrkadla. Keď je naskenovaná kooperatívna dopravná značka zložená zo spätného reflektora, odrazené svetlo je spracované fotoelektrickým prijímačom ako detekčný signál, spustite program získavania údajov, prečítajte si údaje kódového disku rotačného mechanizmu (nameraná hodnota uhla cieľa) a potom ho odošlite do horného počítača na spracovanie údajov prostredníctvom komunikácie. Podľa známej polohy a zistených informácií o dopravnej značke je možné vypočítať aktuálnu polohu a smer senzora v súradnicovom systéme dopravných značiek, aby sa dosiahlo účel ďalšej navigácie a určovania polohy.
Laserové meranie vzdialenosti má výhody úzkeho lúča, dobrej rovnobežnosti, malého rozptylu a vysokého rozlíšenia smeru smeru, ale je tiež značne narušené faktormi prostredia. Veľkým problémom je preto aj to, ako znehodnotiť zozbieraný signál pri použití laserového diaľkomera. Okrem toho existujú laserové rozsahy slepých oblastí, takže je ťažké realizovať navigáciu a určovanie polohy iba laserom. V priemyselných aplikáciách sa všeobecne používa na detekciu priemyselného poľa v rámci špecifického rozsahu, ako je detekcia trhlín v potrubí.
Technológia infračerveného snímania sa často používa vo viackĺbovom robotickom systéme vyhýbania sa prekážkam na vytvorenie veľkej oblasti robota&"citlivej pokožky &", ktorá pokrýva povrch ramena robota a dokáže detekovať rôzne objekty, s ktorými sa stretnete pri prevádzke rameno robota.
Typický infračervený snímač obsahuje polovodičovú diódu vyžarujúcu svetlo, ktorá môže vyžarovať infračervené svetlo, a polovodičovú fotodiódu používanú ako prijímač. Modulovaný signál je prenášaný infračervenou trubicou vyžarujúcou svetlo a infračervená fotosenzitívna trubica prijíma infračervený modulovaný signál odrážaný cieľom. Elimináciu rušenia okolitého infračerveného svetla zaručuje modulácia signálu a špeciálny infračervený filter. Nech výstupný signál VO predstavuje napäťový výstup intenzity odrazeného svetla, potom VO je funkciou vzdialenosti medzi sondou a obrobkom: VO=f (x, P), kde p - koeficient odrazu obrobku. P súvisí s farbou povrchu a drsnosťou cieľa. X - vzdialenosť medzi sondou a obrobkom.
Keď je obrobok podobným cieľom s rovnakou hodnotou p, X a VO zodpovedajú jeden po druhom. X je možné získať interpoláciou experimentálnych údajov z merania blízkosti rôznych cieľov. Týmto spôsobom je možné polohu robota od cieľového objektu merať pomocou infračerveného senzora a potom je možné mobilného robota navigovať a polohovať inými spôsobmi spracovania informácií.
Napriek tomu, že umiestnenie infračerveného senzora má tiež výhody vysokej citlivosti, jednoduchej štruktúry a nízkych nákladov, kvôli vysokému rozlíšeniu uhlov a rozlíšeniu na malú vzdialenosť sa často používajú ako snímače priblíženia v mobilných robotoch na detekciu približujúcich sa alebo náhlych pohybových prekážok, čo je praktické. aby robotickí ľudia v prípade núdze zastavili prekážky.
Technológia Slam
Väčšina špičkových servisných robotických spoločností používa technológiu Slam. Čo je to slamová technológia? Stručne povedané, slamová technológia sa týka celého procesu polohovania, mapovania a plánovania robotov v neznámom prostredí.
Slam (simultánna lokalizácia a mapovanie), ako bolo navrhnuté v roku 1988, sa používa hlavne na štúdium inteligencie pohybu robotov. V úplne neznámom vnútornom prostredí, vybavenom základnými senzormi, ako je lidar, môže technológia slam pomôcť robotovi zostaviť mapu vnútorného prostredia a pomôcť robotovi samostatne kráčať.
Problém SLAM možno opísať ako: robot sa začne pohybovať z neznámej polohy v neznámom prostredí, lokalizuje sa podľa odhadu polohy a údajov senzora a súčasne zostrojí prírastkovú mapu.
Implementačné prístupy technológie slam zahŕňajú predovšetkým vSLAM, WiFi slam a lidar slam.
1. VSLAM (vizuálna SLAM)
Vzťahuje sa na navigáciu a prieskum s hĺbkovými kamerami, ako sú kamery a Kinect, vo vnútornom prostredí. Jeho princípom činnosti je jednoducho vykonať optické spracovanie v okolitom prostredí robota. Najprv sa kamera použije na zber obrazových informácií, skomprimovanie zozbieraných informácií a ich zavedenie späť do študijného subsystému zloženého z neurónových sietí a štatistických metód a potom vzdelávací subsystém prepojí zozbierané obrazové informácie so skutočnou polohou robot, Dokončite funkciu autonómnej navigácie a určovania polohy robota.
Interný vSLAM je však stále v štádiu výskumu a má ďaleko od praktického použitia. Na jednej strane je množstvo výpočtov príliš veľké, čo si vyžaduje vysoký výkon robotického systému; Na druhej strane mapy generované vSLAM (väčšinou mračná bodov) nemožno použiť na plánovanie cesty robota, ktorá potrebuje ďalší prieskum a výskum.
2．Wifi － SLAM
Týka sa to použitia rôznych snímacích zariadení v inteligentných telefónoch na určovanie polohy, vrátane WiFi, GPS, gyroskopu, akcelerometra a magnetometra, a kreslenia presných interiérových máp zo získaných údajov prostredníctvom strojového učenia, rozpoznávania vzorov a ďalších algoritmov. Poskytovateľa tejto technológie získala spoločnosť apple v roku 2013. Nie je známe, či spoločnosť Apple použila na iPhone technológiu WiFi slam, takže všetci používatelia iPhone sú rovnakí ako nositelia malého kresliaceho robota. Niet pochýb o tom, že presnejšie určovanie polohy nielenže prospieva mape, ale robí aj presnejšie všetky aplikácie závislé od polohy (LBS).
3．Lidar SLAM
Vzťahuje sa na použitie lidaru ako senzora na získavanie mapových údajov, aby robot mohol realizovať synchrónne určovanie polohy a vytváranie máp. Pokiaľ ide o samotnú technológiu, bola po rokoch overovania pomerne vyspelá, ale úzke miesto vysokých nákladov na lidar' je potrebné urýchlene vyriešiť.
Túto technológiu používajú autá Google bez vodiča. Lidar nainštalovaný na streche pochádza od spoločnosti velodyne v USA a predáva sa za viac ako 70 000 dolárov. Pri vysokej rýchlosti dokáže tento lidar vyžarovať 64 laserových lúčov do okolia. Keď sa laser dotkne okolitých predmetov a vráti sa, dokáže vypočítať vzdialenosť medzi karosériou vozidla a okolitými predmetmi. Počítačový systém potom podľa týchto údajov nakreslí jemnú 3D topografickú mapu a potom ju skombinuje s mapou s vysokým rozlíšením a vygeneruje rôzne dátové modely pre palubný počítačový systém. Lidar predstavuje polovicu nákladov na celé vozidlo, čo môže byť tiež jeden z dôvodov, prečo sa vozidlá bez posádky spoločnosti Google' nedajú sériovo vyrábať.
Lidar sa vyznačuje silnou smerovosťou, ktorá môže efektívne zaistiť presnosť navigácie a prispôsobiť sa vnútornému prostrediu. Lidar slam si však v oblasti robotickej interiérovej navigácie nevedie dobre, pretože cena lidaru je príliš drahá.