עם השיפור המתמיד של טכנולוגיית החישה, הטכנולוגיה החכמה וטכנולוגיית המחשוב, הרובוט הנייד החכם יוכל לשחק תפקיד אנושי בייצור ובחיים. אז מה הם ההיבטים העיקריים של טכנולוגיית מיצוב הרובוט הנייד? המסקנה היא כי כרגע לרובוטים ניידים יש בעיקר חמש טכנולוגיות מיקום אלה.
טכנולוגיית ניווט ומיקום קולי עבור רובוט נייד
עקרון העבודה של ניווט ומיקום קולי דומה גם לזה של לייזר ואינפרא אדום. בדרך כלל, גל קולי נפלט מהבדיקה המשדרת של חיישן קולי, והגל הקולי חוזר למכשיר המקבל כאשר הוא נתקל במכשולים במדיום.
על ידי קבלת אות ההשתקפות הקולי המועבר מעצמו, וחישוב מרחק ההתפשטות s לפי הפרש הזמן ומהירות ההתפשטות של שידור קולי והד, ניתן להשיג את המרחק מהמכשול לרובוט, כלומר, יש נוסחה : S=TV / 2, שבו T - הפרש הזמן בין שידור קולי לקליטה; מהירות גל V - גל אולטראסוני המתפשט במדיום.
כמובן שרובוטים ניידים רבים משתמשים במכשירי שידור וקבלה נפרדים בטכנולוגיית ניווט ומיקום. במפת הסביבה מסודרים מכשירי קליטה מרובים, וברביטים ניידים מותקנים בדיקות שידור.
בניווט ומיקום של רובוטים ניידים, קשה להשיג את המידע הסביבתי שמסביב בשלמותו בשל הפגמים של חיישנים אולטראסוניים, כגון השתקפות ספקולרית וזווית קרן מוגבלת. לכן, מערכת החיישנים הקולית המורכבת ממספר חיישנים משמשת בדרך כלל לקביעת מודל הסביבה המתאים, המידע שנאסף על ידי החיישן מועבר למערכת הבקרה של הרובוט הנייד באמצעות תקשורת טורית. לאחר מכן מערכת הבקרה מאמצת אלגוריתם מסוים לעיבוד הנתונים המתאימים בהתאם לאות שנאסף ולמודל המתמטי שנקבע, וניתן לקבל מידע על סביבת המיקום של הרובוט.
בגלל היתרונות של עלות נמוכה, קצב רכישת מידע מהיר ורזולוציית טווח גבוה, חיישן קולי נמצא בשימוש נרחב בניווט ומיקום של רובוט נייד במשך זמן רב. יתר על כן, היא אינה זקוקה לטכנולוגיית תמונה מורכבת בעת איסוף מידע סביבתי, ולכן יש לה מהירות מהירה וביצועים טובים בזמן אמת.
טכנולוגיית ניווט ומיקום חזותי של רובוט נייד
במערכת הניווט והמיקום החזותי, מצב הניווט של התקנת מצלמת הרכב ברובוט המבוסס על ראייה מקומית נמצא בשימוש נרחב בבית ומחוצה לה. במצב ניווט זה, ציוד הבקרה והתקני החישה מועמסים על גוף הרובוט, וההחלטות ברמה גבוהה כגון זיהוי תמונות ותכנון נתיבים מושלמות על ידי מחשב הבקרה המובנה.
מערכת הניווט והמיקום החזותי כוללת בעיקר: מצלמה (או חיישן תמונה CCD), ציוד דיגיטליזציה של אותות וידאו, מעבד אותות מהיר המבוסס על DSP, מחשב וציוד היקפי שלו וכו '. כיום, מערכות רובוט רבות משתמשות בחיישני תמונה CCD. המרכיב הבסיסי הוא שורה של אלמנטים הדמיה סיליקון. רכיבים רגישים והתקני העברת טעינה מוגדרים על מצע. באמצעות העברת ההאשמות ברצף, אותות הווידאו של פיקסלים מרובים מוציאים חלוקת זמן ורצף. לדוגמה, הרזולוציה של התמונה שנאספת על ידי חיישן CCD באזור יכולה להיות בין 32 × 32 ל- 1024 × 1024 פיקסלים וכו '.
עקרון העבודה של מערכת הניווט והמיקום החזותי הוא פשוט לעבד אופטית את הסביבה סביב הרובוט. ראשית, המצלמה משמשת לאסוף את פרטי התמונה, לדחוס את המידע שנאסף, ולאחר מכן להזין אותו בחזרה לתת -מערכת למידה המורכבת מרשת עצבית ושיטות סטטיסטיות, ואז תת -הלמידה מחברת את מידע התמונה שנאסף למיקום בפועל של הרובוט. להשלמת פונקציית הניווט והמיקום האוטונומי של הרובוט.
מערכת מיקום גלובלית
כיום, ביישום טכנולוגיית הניווט והמיצוב הרובוטים החכמים, שיטת המיקום הדינמי הדיפרנציאלי של טווח פסאודו מאומצת בדרך כלל. מקלט ההתייחסות והמקלט הדינמי משמשים להתבוננות על ארבעה לווייני GPS יחד, וניתן להשיג את קואורדינטות המיקום התלת-ממדיות של הרובוט בזמן ורגע מסוים על פי אלגוריתם מסוים. מיקום דינמי דיפרנציאלי מבטל את טעות השעון הלוויין. עבור משתמשים במרחק של 1000 ק"מ מתחנת הייחוס, היא יכולה לחסל את שגיאת השעון הלוויין ואת הטעות הטרופוספירה, כך שהיא יכולה לשפר משמעותית את דיוק המיקום הדינאמי.
עם זאת, בניווט בנייד, דיוק המיקום של מקלט ה- GPS הנייד מושפע מתנאי אות הלוויין וסביבת הכביש, כמו גם משגיאת שעון, שגיאת התפשטות, רעש מקלט וגורמים רבים אחרים. לכן דיוק המיקום והאמינות של ניווט GPS בלבד נמוכים. לכן מצפן מגנטי ודיסק קוד אופטי ונתוני GPS לניווט. בנוסף, מערכת ניווט GPS אינה מתאימה לניווט רובוטי פנימי או תת -ימי ורובוטים עם דיוק מיקום גבוה.
טכנולוגיית ניווט ומיקום השתקפות אופטית עבור רובוט נייד
שיטת הניווט והמיקום האופייניים לשיקוף אופטי משתמשת בעיקר בלייזר או בחיישן אינפרא אדום למדידת המרחק. לייזר ואינפרא אדום משתמשים בטכנולוגיית השתקפות אור לניווט ומיקום.
מערכת המיקום הגלובלית בלייזר מורכבת בדרך כלל ממנגנון סיבוב לייזר, מראה, מכשיר קליטה פוטואלקטרי והתקן רכישת נתונים ושידור.
במהלך הפעולה, הלייזר נפלט כלפי חוץ דרך מנגנון המראה המסתובב. כאשר סורק הכביש השיתופי המורכב ממחזר לאחור נסרק, האור המוחזר מעובד על ידי המקלט הפוטואלקטרי כאות זיהוי, הפעל את תוכנית רכישת הנתונים, קרא את נתוני הדיסק של המנגנון המסתובב (ערך הזווית הנמדד של המטרה) ולאחר מכן העבירו אותו למחשב העליון לעיבוד נתונים באמצעות תקשורת, על פי המיקום הידוע והמידע שזוהה של שלט הכביש, ניתן לחשב את המיקום הנוכחי והכיוון של החיישן במערכת קואורדינטות שלטי הדרכים, על מנת להשיג מטרת ניווט ומיקום נוספים.
לטווח לייזר יש יתרונות של קרן צרה, מקביליות טובה, פיזור קטן ורזולוציית כיוון טווח גבוה, אך הוא גם מופרע מאוד מגורמים סביבתיים. לכן, כיצד לבטל את האות שנאסף בעת שימוש בטווח לייזר היא גם בעיה גדולה. בנוסף, ישנם אזורים עיוורים בטווח לייזר, כך שקשה לממש ניווט ומיקום באמצעות לייזר בלבד, ביישומים תעשייתיים הוא משמש בדרך כלל לאיתור שדות תעשייתיים בטווח ספציפי, כגון איתור סדקים בצינור.
טכנולוגיית חישה אינפרא אדום משמשת לעתים קרובות במערכת הימנעות ממכשולים מרובי מפרקים ליצירת שטח גדול של רובוט" עור רגיש&", המכסה את פני השטח של זרוע הרובוט ויכול לזהות אובייקטים שונים בהם נתקלים בפעולה של זרוע רובוט.
חיישן אינפרא אדום טיפוסי כולל דיודה פולטת אור במצב מוצק שיכולה לפלוט אור אינפרא אדום ופוטודיודה של מצב מוצק המשמשת כמקלט. האות המאופנן מועבר על ידי הצינור הפולט אור אינפרא אדום, והצינור הרגיש לאור האינפרא אדום מקבל את האות המודול אינפרא אדום המוחזר על ידי המטרה. חיסול הפרעות אור אינפרא אדום סביבתי מובטח על ידי אפנון אותות ומסנן אינפרא אדום מיוחד. תן לאות הפלט VO לייצג את פלט המתח של עוצמת האור המוחזר, ואז VO הוא פונקציה של המרחק בין החללית לחומר העבודה: VO=f (x, P), כאשר p - מקדם ההשתקפות של החומר. P קשור לצבע פני השטח וחספוס המטרה. X - מרחק בין בדיקה לחומר עבודה.
כאשר חומר העבודה הוא יעד דומה עם אותו ערך p, X ו- VO מתאימים אחד אחד. ניתן להשיג X על ידי אינטרפולציה של הנתונים הניסיוניים של מדידת קרבה של מטרות שונות. בדרך זו ניתן למדוד את מיקומו של הרובוט מאובייקט המטרה באמצעות חיישן אינפרא אדום, ולאחר מכן ניתן לנווט ולמקם את הרובוט הנייד בשיטות עיבוד מידע אחרות.
למרות שלמיקום חיישן אינפרא אדום יש גם יתרונות של רגישות גבוהה, מבנה פשוט ועלות נמוכה, בגלל רזולוציית הזווית הגבוהה ורזולוציית המרחק הנמוך, הם משמשים לעתים קרובות כחיישני קרבה ברובוטים ניידים לאיתור מכשולים מתקרבים או תנועה פתאומית, וזה נוח לאנשי רובוט לעצור מכשולים בשעת חירום.
טכנולוגיית סלאם
רוב מפעלי רובוטי השירות המובילים בתעשייה מאמצים טכנולוגיית סלאם. מהי טכנולוגיית סלאם? בקיצור, טכנולוגיית הסלאם מתייחסת לכל התהליך של מיקום רובוט, מיפוי ותכנון נתיבים בסביבה לא ידועה.
סלאם (לוקליזציה ומיפוי בו זמנית), מאז שהוצע בשנת 1988, משמש בעיקר לחקר האינטליגנציה של תנועת הרובוטים. עבור סביבה פנימית לא ידועה לחלוטין, מצוידת בחיישני ליבה כגון לידר, טכנולוגיית הטריקה יכולה לסייע לרובוט לבנות מפת סביבה פנימית ולעזור לרובוט ללכת באופן עצמאי.
ניתן לתאר את בעיית ה- SLAM כך: הרובוט מתחיל לנוע ממיקום לא ידוע בסביבה לא ידועה, מאתר את עצמו על פי הערכת מיקום ונתוני חיישנים, ובונה בו זמנית מפה מצטברת.
גישות היישום של טכנולוגיית הסלאם כוללות בעיקר vSLAM, WiFi slam ו- lidar slam.
1. VSLAM (SLAM חזותי)
הוא מתייחס לניווט וחקר עם מצלמות עומק כגון מצלמה וקינקט בסביבה פנימית. עקרון העבודה שלו הוא פשוט לבצע עיבוד אופטי בסביבת הסביבה של הרובוט. ראשית, המצלמה משמשת לאסוף את מידע התמונה, לדחוס את המידע שנאסף, ולאחר מכן להזין אותו בחזרה לתת -מערכת למידה המורכבת מרשת עצבית ושיטות סטטיסטיות, ואז תת -הלמידה מחברת את מידע התמונה שנאסף למיקום בפועל של רובוט, השלם את פונקציית הניווט והמיקום האוטונומי של הרובוט.
עם זאת, ה- vSLAM הפנימי עדיין נמצא בשלב המחקר והוא רחוק מיישום מעשי. מצד אחד, כמות החישוב גדולה מדי, מה שדורש ביצועים גבוהים של מערכת הרובוטים; מצד שני, לא ניתן להשתמש במפות שנוצרו על ידי vSLAM (בעיקר ענני נקודה) לתכנון נתיבי רובוטים, הדורשים חקירה נוספת ומחקר.
2． WiFi － SLAM
הכוונה היא לשימוש במגוון התקני חישה בטלפונים חכמים למיצוב, כולל WiFi, GPS, ג'ירוסקופ, מד תאוצה ומגנומטר, ושרטוט מפה פנימית מדויקת מהנתונים המתקבלים באמצעות למידת מכונה, זיהוי תבניות ואלגוריתמים אחרים. את ספק הטכנולוגיה הזו רכשה אפל בשנת 2013. לא ידוע אם אפל החילה טכנולוגיית WiFi slam לאייפון, כך שכל משתמשי האייפון שווים לנשיאת רובוט ציור קטן. אין ספק שמיקום מדויק יותר לא רק תורם למפה, אלא גם הופך את כל היישומים התלויים במיקום (LBS) ליותר מדויקים.
3． לידר SLAM
הוא מתייחס לשימוש בלידר כחיישן להשגת נתוני מפה, כך שהרובוט יוכל לממש מיקום סינכרוני ובניית מפות. מבחינת הטכנולוגיה עצמה, היא הייתה בוגרת למדי לאחר שנים של אימות, אך יש לפתור בדחיפות את צוואר הבקבוק של העלות הגבוהה של לידר'.
מכוניות ללא נהג של גוגל משתמשות בטכנולוגיה זו. הלידר המותקן על הגג מגיע מחברת velodyne בארצות הברית ונמכר ביותר מ- 70000 דולר. לידר זה יכול לפלוט 64 קרני לייזר לסביבה בעת סיבוב במהירות גבוהה. כאשר הלייזר נוגע באובייקטים שמסביב וחוזר, הוא יכול לחשב את המרחק בין גוף הרכב לאובייקטים שמסביב. מערכת המחשבים מציירת לאחר מכן מפה טופוגרפית תלת מימדית משובחת על פי נתונים אלה, ולאחר מכן משלבת אותה עם המפה ברזולוציה גבוהה ליצירת דגמי נתונים שונים עבור מערכת המחשבים הלוח. לידר מהווה מחצית מהעלות של כל הרכב, וייתכן שזו גם אחת הסיבות לכך שלא ניתן לייצר כלי רכב בלתי מאוישים של Google'.
ליידאר יש את המאפיינים של כיווניות חזקה, שיכולה להבטיח ביעילות את דיוק הניווט ולהסתגל לסביבה הפנימית. עם זאת, לידר סלאם לא הצליח היטב בתחום הניווט הפנימי ברובוטים, מכיוון שמחירו של לידר יקר מדי.