Odată cu îmbunătățirea continuă a tehnologiei de detectare, a tehnologiei inteligente și a tehnologiei de calcul, robotul mobil inteligent va putea juca un rol uman în producție și viață. Deci, care sunt principalele aspecte ale tehnologiei de poziționare a robotului mobil? Se concluzionează că, în prezent, roboții mobili au în principal aceste cinci tehnologii de poziționare.
Navigare cu ultrasunete și tehnologie de poziționare pentru robot mobil
Principiul de funcționare al navigației și poziționării cu ultrasunete este, de asemenea, similar cu cel al laserului și al infraroșului. De obicei, unda cu ultrasunete este emisă de sonda de transmisie a senzorului cu ultrasunete, iar unda cu ultrasunete revine la dispozitivul de recepție atunci când întâmpină obstacole în mediu.
Prin primirea semnalului de reflecție cu ultrasunete transmis de el însuși și calcularea distanței de propagare s în funcție de diferența de timp și viteza de propagare a transmisiei cu ultrasunete și recepția ecoului, se poate obține distanța de la obstacol la robot, adică există o formulă : S=TV / 2, în care T - diferența de timp dintre transmisia cu ultrasunete și recepție; V - viteza de undă a undei ultrasonice care se propagă în mediu.
Desigur, mulți roboți mobili folosesc dispozitive de transmisie și recepție separate în tehnologia de navigație și poziționare. Mai multe dispozitive de recepție sunt aranjate pe harta mediului, iar sondele de transmisie sunt instalate pe robotul mobil.
În navigarea și poziționarea roboților mobili, este dificil să se obțină pe deplin informațiile din mediul înconjurător din cauza defectelor senzorilor cu ultrasunete, cum ar fi reflexia speculară și unghiul limitat al fasciculului. Prin urmare, sistemul de senzori cu ultrasunete compus din mai mulți senzori este de obicei utilizat pentru a stabili modelul de mediu corespunzător, informațiile colectate de senzor sunt transmise sistemului de control al robotului mobil prin comunicații seriale. Apoi, sistemul de control adoptă un anumit algoritm pentru a procesa datele corespunzătoare în funcție de semnalul colectat și de modelul matematic stabilit, iar informațiile de mediu de poziție ale robotului pot fi obținute.
Datorită avantajelor costurilor reduse, ratei rapide de achiziție a informațiilor și rezoluției ridicate, senzorul cu ultrasunete a fost utilizat pe scară largă în navigarea și poziționarea robotului mobil de mult timp. Mai mult decât atât, nu are nevoie de tehnologie complexă de imagine atunci când colectează informații despre mediu, deci are o viteză rapidă și performanțe bune în timp real.
Navigare vizuală și tehnologie de poziționare a robotului mobil
În sistemul de navigație și poziționare vizuală, modul de navigație de instalare a camerei vehiculului în robot bazat pe viziunea locală este utilizat pe scară largă acasă și în străinătate. În acest mod de navigație, echipamentele de control și dispozitivele de detectare sunt încărcate pe corpul robotului, iar deciziile la nivel înalt, cum ar fi recunoașterea imaginii și planificarea traseului, sunt completate de computerul de control de la bord.
Sistemul de navigație și poziționare vizuală include în principal: cameră (sau senzor de imagine CCD), echipament de digitalizare a semnalului video, procesor de semnal rapid bazat pe DSP, computer și perifericele sale etc. În prezent, multe sisteme robot folosesc senzori de imagine CCD. Elementul de bază este un rând de elemente imagistice din siliciu. Elementele fotosensibile și dispozitivele de transfer de încărcare sunt configurate pe un substrat. Prin transferul secvențial de încărcări, semnalele video de mai mulți pixeli sunt scoase din timp și în mod secvențial. De exemplu, rezoluția imaginii colectate de senzorul CCD de zonă poate fi de la 32 × 32 la 1024 × 1024 pixeli etc.
Principiul de funcționare al sistemului vizual de navigație și poziționare este pur și simplu procesarea optică a mediului din jurul robotului. Mai întâi, camera este utilizată pentru a colecta informațiile despre imagine, pentru a comprima informațiile colectate și apoi pentru a le transmite înapoi unui subsistem de învățare compus din rețea neuronală și metode statistice, apoi subsistemul de învățare conectează informațiile de imagine colectate cu poziția reală a robotului pentru a finaliza funcția autonomă de navigație și poziționare a robotului.
Sistem de poziționare globală
În zilele noastre, în aplicarea tehnologiei inteligente de navigație și poziționare a robotului, se adoptă în general metoda de poziționare dinamică diferențială pseudo-gamă. Receptorul de referință și receptorul dinamic sunt folosite pentru a observa patru sateliți GPS împreună, iar coordonatele de poziție tridimensională ale robotului la un anumit moment și moment pot fi obținute conform unui anumit algoritm. Poziționarea dinamică diferențială elimină eroarea ceasului satelitului. Pentru utilizatorii aflați la 1000 km distanță de stația de referință, poate elimina eroarea de ceas din satelit și eroarea troposferică, astfel încât poate îmbunătăți semnificativ precizia de poziționare dinamică.
Cu toate acestea, în navigația mobilă, precizia de poziționare a receptorului GPS mobil este afectată de condițiile semnalului prin satelit și de mediul rutier, precum și de eroarea de ceas, de propagare, de zgomotul receptorului și de mulți alți factori. Prin urmare, acuratețea poziționării și fiabilitatea numai a navigației GPS sunt scăzute. Prin urmare, busola magnetică și discul cu cod optic și datele GPS pentru navigație. În plus, sistemul de navigație GPS nu este potrivit pentru navigația interioară sau subacvatică și pentru sistemele robotizate cu o precizie ridicată a poziției.
Tehnologie de navigație și poziționare cu reflexie optică pentru robot mobil
Metoda tipică de navigație și poziționare prin reflexie optică utilizează în principal senzorul laser sau infraroșu pentru a măsura distanța. Atât laserul, cât și infraroșul utilizează tehnologia de reflexie a luminii pentru navigație și poziționare.
Sistemul de poziționare globală cu laser este în general compus din mecanism rotativ cu laser, oglindă, dispozitiv de recepție fotoelectric și dispozitiv de achiziție și transmisie a datelor.
În timpul funcționării, laserul este emis în exterior prin mecanismul oglinzii rotative. Când se scanează semnul rutier cooperativ compus din reflector înapoi, lumina reflectată este procesată de receptorul fotoelectric ca semnal de detectare, porniți programul de achiziție a datelor, citiți datele discului de cod ale mecanismului de rotație (valoarea unghiului măsurat al țintei) , și apoi transmiteți-l la computerul superior pentru procesarea datelor prin comunicare. În funcție de poziția cunoscută și informațiile detectate ale indicatorului rutier, se pot calcula poziția și direcția curentă a senzorului în sistemul de coordonate al indicatorului rutier, astfel încât să se realizeze scopul navigării și poziționării ulterioare.
Gama laser are avantajele unui fascicul îngust, un paralelism bun, o dispersie mică și o rezoluție de direcție mare, dar este, de asemenea, foarte perturbată de factorii de mediu. Prin urmare, cum să dezactivați semnalul colectat atunci când utilizați distanța cu laser este, de asemenea, o mare problemă. În plus, există zone oarbe în domeniul laserului, deci este dificil să se realizeze navigația și poziționarea numai cu laser. În aplicații industriale, este utilizat în general în detectarea câmpului industrial într-un anumit domeniu, cum ar fi detectarea fisurilor conductelor.
Tehnologia de detectare a infraroșu este adesea utilizată în sistemul de evitare a obstacolelor pentru mai multe articulații ale robotului pentru a forma o zonă mare de robot&"; piele sensibilă &", care acoperă suprafața brațului robotului și poate detecta diferite obiecte întâlnite în timpul funcționării brațul robotului.
Un senzor tipic în infraroșu include o diodă emițătoare de lumină în stare solidă care poate emite lumină în infraroșu și o fotodiodă în stare solidă utilizată ca receptor. Semnalul modulat este transmis de tubul care emite lumină în infraroșu, iar tubul fotosensibil în infraroșu primește semnalul modulat în infraroșu reflectat de țintă. Eliminarea interferenței cu lumina infraroșie ambientală este garantată de modularea semnalului și de filtrul infraroșu special. Să semnalul de ieșire VO să reprezinte tensiunea de ieșire a intensității luminii reflectate, atunci VO este o funcție a distanței dintre sondă și piesa de prelucrat: VO=f (x, P), unde p - coeficientul de reflexie al piesei de prelucrat. P este legat de culoarea suprafeței și de rugozitatea țintei. X - distanța dintre sondă și piesa de prelucrat.
Când piesa de prelucrat este o țintă similară cu aceeași valoare p, X și VO corespund unul câte unul. X poate fi obținut prin interpolare a datelor experimentale de măsurare a proximității diferitelor ținte. În acest fel, poziția robotului față de obiectul țintă poate fi măsurată de senzorul infraroșu, iar apoi robotul mobil poate fi navigat și poziționat prin alte metode de procesare a informațiilor.
Deși poziționarea senzorului în infraroșu are, de asemenea, avantajele sensibilității ridicate, a structurii simple și a costului redus, datorită rezoluției ridicate a unghiului și a rezoluției la distanță redusă, acestea sunt adesea folosite ca senzori de proximitate în roboții mobili pentru a detecta obstacolele de mișcare bruscă sau care se apropie, ceea ce este convenabil pentru ca oamenii robot să oprească obstacolele în caz de urgență.
Tehnologie Slam
Majoritatea întreprinderilor robotice de servicii de top adoptă tehnologia slam. Ce este tehnologia slam? Pe scurt, tehnologia slam se referă la întregul proces de poziționare, cartare și planificare a robotului într-un mediu necunoscut.
Slam (localizare și mapare simultană), de când a fost propus în 1988, este utilizat în principal pentru a studia inteligența mișcării robotului. Pentru mediul interior complet necunoscut, echipat cu senzori de bază precum lidar, tehnologia slam poate ajuta robotul să construiască o hartă a mediului interior și să ajute robotul să meargă independent.
Problema SLAM poate fi descrisă ca: robotul începe să se deplaseze dintr-o poziție necunoscută într-un mediu necunoscut, se localizează în funcție de estimarea poziției și de datele senzorilor și construiește o hartă incrementală în același timp.
Abordările de implementare ale tehnologiei slam includ în principal vSLAM, WiFi slam și lidar slam.
1. VSLAM (SLAM vizual)
Se referă la navigație și explorare cu camere de adâncime precum camera și Kinect în mediul interior. Principiul său de funcționare este pur și simplu efectuarea procesării optice asupra mediului înconjurător al robotului. În primul rând, camera este utilizată pentru a colecta informațiile despre imagine, pentru a comprima informațiile colectate și apoi pentru a le transmite înapoi la un subsistem de învățare compus din rețea neuronală și metode statistice, iar apoi subsistemul de învățare conectează informațiile de imagine colectate cu poziția reală a robot, Completați funcția autonomă de navigație și poziționare a robotului.
Cu toate acestea, vSLAM de interior se află încă în stadiul de cercetare și este departe de a fi aplicat practic. Pe de o parte, cantitatea de calcul este prea mare, ceea ce necesită performanțe ridicate ale sistemului robot; Pe de altă parte, hărțile generate de vSLAM (majoritatea norilor de puncte) nu pot fi utilizate pentru planificarea traseului robotului, care necesită explorări și cercetări suplimentare.
2．Wifi － SLAM
Se referă la utilizarea unei varietăți de dispozitive de detectare în telefoanele inteligente pentru poziționare, inclusiv WiFi, GPS, giroscop, accelerometru și magnetometru, și desenarea unei hărți interioare precise din datele obținute prin învățarea automată, recunoașterea modelelor și alți algoritmi. Furnizorul acestei tehnologii a fost achiziționat de Apple în 2013. Nu se știe dacă Apple a aplicat tehnologia WiFi slam pe iPhone, astfel încât toți utilizatorii de iPhone să fie echivalenți cu purtarea unui robot de desen mic. Nu există nicio îndoială că o poziționare mai precisă nu numai că conduce la hartă, ci face și mai precise toate aplicațiile dependente de locație (LBS).
3．Lidar SLAM
Se referă la utilizarea lidarului ca senzor pentru a obține date de hartă, astfel încât robotul să poată realiza poziționare sincronă și construcție de hartă. În ceea ce privește tehnologia în sine, aceasta a fost destul de matură după ani de verificare, dar blocajul costului ridicat al lidar&# 39 trebuie rezolvat urgent.
Mașinile Google fără șofer folosesc această tehnologie. Lidarul instalat pe acoperiș vine de la compania velodyne din Statele Unite și se vinde cu peste 70000 de dolari. Acest lidar poate emite 64 de raze laser în jur atunci când se rotește cu viteză mare. Când laserul atinge obiectele din jur și se întoarce, poate calcula distanța dintre corpul vehiculului și obiectele din jur. Sistemul computerului desenează apoi o hartă topografică 3D fină în funcție de aceste date și apoi o combină cu harta de înaltă rezoluție pentru a genera diferite modele de date pentru sistemul de computer de la bord. Lidar reprezintă jumătate din costul întregului vehicul, care poate fi, de asemenea, unul dintre motivele pentru care vehiculele fără pilot Google&# 39 nu pot fi produse în masă.
Lidar are caracteristicile directivității puternice, care poate asigura în mod eficient acuratețea navigării și se poate adapta la mediul interior. Cu toate acestea, lidar slam nu a funcționat bine în domeniul navigației interioare a robotului, deoarece prețul lidarului este prea scump.