Z nenehnim izboljševanjem tehnologije zaznavanja, inteligentne tehnologije in računalniške tehnologije bo inteligentni mobilni robot lahko igral človeško vlogo v proizvodnji in življenju. Kateri so torej glavni vidiki tehnologije pozicioniranja mobilnih robotov? Ugotovljeno je bilo, da imajo trenutno mobilni roboti v glavnem teh pet tehnologij pozicioniranja.
Ultrazvočna tehnologija navigacije in pozicioniranja mobilnega robota
Načelo delovanja ultrazvočne navigacije in pozicioniranja je podobno laserskemu in infrardečemu. Običajno ultrazvočni val oddaja oddajna sonda ultrazvočnega senzorja, ultrazvočni val pa se vrne v sprejemno napravo, ko naleti na ovire v mediju.
S sprejemom ultrazvočnega odsevnega signala, ki ga oddaja sam, in izračunom razdalje širjenja s glede na časovno razliko in hitrost širjenja ultrazvočnega prenosa in sprejema odmeva je mogoče doseči razdaljo od ovire do robota, torej obstaja formula : S=TV / 2, pri čemer je T - časovna razlika med ultrazvočnim prenosom in sprejemom; V - valovna hitrost ultrazvočnega valovanja, ki se širi v mediju.
Seveda mnogi mobilni roboti v tehnologiji navigacije in pozicioniranja uporabljajo ločene oddajne in sprejemne naprave. Na okoljski karti je razporejenih več sprejemnih naprav, oddajne sonde pa so nameščene na mobilnem robotu.
Pri navigaciji in pozicioniranju mobilnih robotov je težko v celoti pridobiti informacije o okolju zaradi napak ultrazvočnih senzorjev, kot sta zrcalni odsev in omejen kot snopa. Zato se ultrazvočni senzorski sistem, sestavljen iz več senzorjev, običajno uporablja za vzpostavitev ustreznega modela okolja. Informacije, ki jih zbere senzor, se po serijski komunikaciji prenašajo v krmilni sistem mobilnega robota. Nato krmilni sistem sprejme določen algoritem za obdelavo ustreznih podatkov v skladu z zbranim signalom in uveljavljenim matematičnim modelom, informacije o okolju položaja robota pa je mogoče pridobiti.
Zaradi prednosti nizkih stroškov, hitre hitrosti pridobivanja informacij in visoke ločljivosti dosega se ultrazvočni senzor že dolgo uporablja v navigaciji in pozicioniranju mobilnega robota. Poleg tega pri zbiranju okoljskih informacij ne potrebuje zapletene slikovne tehnologije, zato ima hitro hitrost in dobre rezultate v realnem času.
Vizualna navigacija in tehnologija pozicioniranja mobilnega robota
V sistemu vizualne navigacije in pozicioniranja se navigacijski način vgradnje kamere vozila v robota na podlagi lokalnega vida pogosto uporablja doma in v tujini. V tem navigacijskem načinu so krmilna oprema in zaznavalne naprave naložene na telo robota, odločitve na visoki ravni, kot sta prepoznavanje slike in načrtovanje poti, pa dokonča krmilni računalnik na vozilu.
Vizualni sistem za navigacijo in pozicioniranje vključuje predvsem: kamero (ali slikovni senzor CCD), opremo za digitalizacijo video signala, hitri procesor signalov na osnovi DSP, računalnik in njegove zunanje naprave itd. Trenutno mnogi robotski sistemi uporabljajo slikovne senzorje CCD. Osnovni element je vrsta silicijevih slikovnih elementov. Fotoobčutljivi elementi in naprave za prenos naboja so konfigurirani na podlagi. Z zaporednim prenosom nabojev se video signali več slikovnih pik odvzamejo časovno in zaporedno. Na primer, ločljivost slike, zbrane s površinskim senzorjem CCD, je lahko od 32 × 32 do 1024 × 1024 slikovnih pik itd.
Načelo delovanja sistema za vizualno navigacijo in pozicioniranje je preprosto optično obdelati okolje okoli robota. Najprej se kamera uporablja za zbiranje podatkov o sliki, stiskanje zbranih informacij in jih nato posreduje nazaj v učni podsistem, sestavljen iz nevronskega omrežja in statističnih metod, nato učni podsistem poveže zbrane podatke o sliki z dejanskim položajem robota za dokončanje avtonomne funkcije robota za navigacijo in pozicioniranje.
globalni sistem pozicioniranja
Danes se pri uporabi inteligentne robotske navigacijske tehnologije in tehnologije pozicioniranja na splošno uporablja metoda diferenčnega dinamičnega pozicioniranja s psevdo dometom. Referenčni sprejemnik in dinamični sprejemnik se uporabljata za skupno opazovanje štirih satelitov GPS, tridimenzionalne koordinate položaja robota v določenem času in trenutku pa lahko dobimo po določenem algoritmu. Diferencialno dinamično pozicioniranje odpravlja napako satelitske ure. Za uporabnike, oddaljene 1000 km od referenčne postaje, lahko odpravi napako satelitske ure in troposfersko napako, zato lahko bistveno izboljša natančnost dinamičnega pozicioniranja.
Vendar pa pri mobilni navigaciji na natančnost pozicioniranja mobilnega sprejemnika GPS vplivajo razmere satelitskega signala in cestno okolje, pa tudi napaka ure, širjenje, šum sprejemnika in številni drugi dejavniki. Zato sta natančnost pozicioniranja in zanesljivost samo navigacije GPS nizki. Zato magnetni kompas in optični kodni disk ter podatki GPS za navigacijo. Poleg tega navigacijski sistem GPS ni primeren za notranjo ali podvodno robotsko navigacijo in robotske sisteme z visoko natančnostjo položaja.
Tehnologija optičnega odsevanja navigacije in pozicioniranja mobilnega robota
Tipična metoda navigacije in pozicioniranja z optičnim odbojem uporablja predvsem laserski ali infrardeči senzor za merjenje razdalje. Laser in infrardeča tehnologija uporabljata tehnologijo odboja svetlobe za navigacijo in pozicioniranje.
Laserski sistem globalnega pozicioniranja je običajno sestavljen iz laserskega rotacijskega mehanizma, ogledala, fotoelektrične sprejemne naprave ter naprave za zajem in prenos podatkov.
Med delovanjem se laser skozi vrtljivi zrcalni mehanizem oddaja navzven. Ko se skenira zadružni cestni znak, sestavljen iz odsevnika za nazaj, fotoelektrični sprejemnik obdela odbojno svetlobo kot signal za zaznavanje, zažene program za zbiranje podatkov, prebere podatke s kodnega diska vrtljivega mehanizma (izmerjena vrednost kota cilja) , in ga nato posredujte v zgornji računalnik za obdelavo podatkov s komunikacijo. Glede na znani položaj in zaznane informacije o prometnem znaku je mogoče izračunati trenutni položaj in smer senzorja v koordinatnem sistemu cestnega znaka, da se doseže namen nadaljnje navigacije in pozicioniranja.
Lasersko merjenje ima prednosti ozkega žarka, dobre vzporednosti, majhnega razprševanja in visoke ločljivosti smeri, vendar ga motijo tudi okoljski dejavniki. Zato je velik problem tudi način, kako pri uporabi laserskega merjenja zaznati zbrani signal. Poleg tega so pri laserskem merjenju slepa območja, zato je težko uresničiti navigacijo in pozicioniranje samo z laserjem. V industrijskih aplikacijah se običajno uporablja za odkrivanje industrijskega polja v določenem območju, kot je odkrivanje razpok v cevovodih.
Infrardeča tehnologija zaznavanja se pogosto uporablja v sistemu za izogibanje oviram z več sklepi robotov za oblikovanje velike površine robota &; občutljive kože &, ki pokriva površino robotske roke in lahko zazna različne predmete, ki se pojavijo pri delovanju robotska roka.
Tipičen infrardeči senzor vključuje polprevodniško svetlečo diodo, ki lahko oddaja infrardečo svetlobo, in polprevodniško fotodiodo, ki se uporablja kot sprejemnik. Moduliran signal prenaša infrardeča svetleča cev, infrardeča fotoobčutljiva cev pa sprejema infrardeče moduliran signal, ki ga odbija tarča. Odpravljanje motenj infrardeče svetlobe v okolici zagotavlja modulacija signala in poseben infrardeči filter. Naj izhodni signal VO predstavlja izhodno napetost jakosti odbite svetlobe, potem je VO funkcija razdalje med sondo in obdelovancem: VO=f (x, P), kjer je p - koeficient odboja obdelovanca. P je povezan z barvo površine in hrapavostjo tarče. X - razdalja med sondo in obdelovancem.
Kadar je obdelovanec podobna tarča z enako vrednostjo p, se X in VO ujemata ena za drugo. X lahko dobimo z interpolacijo eksperimentalnih podatkov merjenja bližine različnih tarč. Na ta način lahko položaj robota od ciljnega predmeta izmerimo z infrardečim senzorjem, nato pa lahko premikamo in postavimo mobilnega robota z drugimi načini obdelave informacij.
Čeprav ima pozicioniranje infrardečega senzorja tudi prednosti visoke občutljivosti, enostavne strukture in nizkih stroškov, se zaradi visoke ločljivosti kota in ločljivosti na majhni razdalji pogosto uporabljajo kot senzorji bližine pri mobilnih robotih za zaznavanje približujočih se ali nenadnih ovir pri gibanju, kar je priročno da roboti v nujnih primerih ustavijo ovire.
Slam tehnologija
Večina vodilnih podjetij za storitvene robote sprejema tehnologijo slam. Kaj je slam tehnologija? Skratka, slam tehnologija se nanaša na celoten proces pozicioniranja, kartiranja in načrtovanja poti v neznanem okolju.
Slam (sočasna lokalizacija in kartiranje), saj je bil predlagan leta 1988, se večinoma uporablja za preučevanje inteligence gibanja robota. Za popolnoma neznano notranje okolje, opremljeno z jedrnimi senzorji, kot je lidar, lahko slam tehnologija pomaga robotu sestaviti zemljevid notranjega okolja in robotu pomaga pri samostojni hoji.
Problem SLAM lahko opišemo kot: robot se začne premikati z neznanega položaja v neznanem okolju, se locira glede na oceno položaja in podatke senzorja ter hkrati sestavi inkrementalni zemljevid.
Pristopi implementacije slam tehnologije vključujejo predvsem vSLAM, WiFi slam in lidar slam.
1. VSLAM (vizualni SLAM)
Nanaša se na navigacijo in raziskovanje z globinskimi kamerami, kot sta kamera in Kinect v notranjem okolju. Njegovo načelo delovanja je preprosto izvajanje optične obdelave v okolju robota. Najprej se kamera uporablja za zbiranje podatkov o sliki, stiskanje zbranih informacij in jih nato pošlje nazaj v učni podsistem, sestavljen iz nevronskega omrežja in statističnih metod, nato pa učni podsistem poveže zbrane podatke o sliki z dejanskim položajem robot, Izpolnite avtonomno funkcijo robotske navigacije in pozicioniranja.
Vendar je notranji vSLAM še vedno v fazi raziskovanja in je daleč od praktične uporabe. Po eni strani je količina izračuna prevelika, kar zahteva visoko zmogljivost robotskega sistema; Po drugi strani pa zemljevidov, ki jih ustvari vSLAM (večinoma oblaki točk), ni mogoče uporabiti za načrtovanje robotskih poti, ki jih je treba dodatno raziskati in raziskati.
2．Wifi － SLAM
Nanaša se na uporabo različnih senzorskih naprav v pametnih telefonih za pozicioniranje, vključno z WiFi, GPS, žiroskopom, merilnikom pospeška in magnetometrom, ter na podlagi natančnega zemljevida notranjosti iz pridobljenih podatkov s pomočjo strojnega učenja, prepoznavanja vzorcev in drugih algoritmov. Ponudnika te tehnologije je podjetje Apple pridobilo leta 2013. Ni znano, ali je Apple za iPhone uporabil tehnologijo WiFi slam, tako da so vsi uporabniki iPhona enakovredni majhnemu robotu za risanje. Nobenega dvoma ni, da natančnejše pozicioniranje ne prispeva le k zemljevidu, ampak tudi naredi vse aplikacije, odvisne od lokacije (LBS), bolj natančne.
3．Lidar SLAM
Nanaša se na uporabo lidarja kot senzorja za pridobivanje zemljevidov, tako da lahko robot uresniči sinhrono pozicioniranje in izdelavo zemljevida. Kar zadeva samo tehnologijo, je bila po letih preverjanja že precej zrela, vendar je treba ozko grlo visokih stroškov lidarja' nujno rešiti.
Googlovi avtomobili brez voznikov uporabljajo to tehnologijo. Lidar, nameščen na strehi, prihaja iz ameriškega podjetja velodyne in se prodaja za več kot 70000 USD. Ta lidar lahko oddaja 64 laserskih žarkov v okolico pri vrtenju z veliko hitrostjo. Ko se laser dotakne okoliških predmetov in se vrne, lahko izračuna razdaljo med karoserijo vozila in okoliškimi predmeti. Računalniški sistem nato na podlagi teh podatkov nariše fino 3D-topografsko karto in jo nato združi z zemljevidom visoke ločljivosti, da ustvari različne podatkovne modele za računalniški sistem na vozilu. Lidar predstavlja polovico stroškov celotnega vozila, kar je lahko tudi eden od razlogov, zakaj Googlovih vozil brez posadke ni mogoče množično proizvajati.
Lidar ima značilnosti močne usmerjenosti, ki lahko učinkovito zagotovijo natančnost navigacije in se prilagodijo notranjemu okolju. Na področju robotske navigacije v zaprtih prostorih pa se lidar slam ni dobro odrezal, ker je cena lidarja predraga.