Algılama teknolojisi, akıllı teknoloji ve bilgi işlem teknolojisinin sürekli gelişimi ile akıllı mobil robot, üretimde ve yaşamda insani bir rol oynayabilecektir. Peki mobil robot konumlandırma teknolojisinin ana yönleri nelerdir? Şu anda mobil robotların ağırlıklı olarak bu beş konumlandırma teknolojisine sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Mobil robot için ultrasonik navigasyon ve konumlandırma teknolojisi
Ultrasonik navigasyon ve konumlandırmanın çalışma prensibi de lazer ve kızılötesine benzer. Genellikle ultrasonik dalga, ultrasonik sensörün verici probundan yayılır ve ortamdaki engellerle karşılaştığında ultrasonik dalga alıcı cihaza geri döner.
Kendi kendine iletilen ultrasonik yansıma sinyalini alarak ve ultrasonik iletim ve yankı alımının zaman farkına ve yayılma hızına göre yayılma mesafesi s hesaplanarak, engelden robota olan mesafe elde edilebilir, yani bir formül vardır. : S=TV / 2, burada T - ultrasonik iletim ve alım arasındaki zaman farkı; V - ortamda yayılan ultrasonik dalganın dalga hızı.
Elbette birçok mobil robot, navigasyon ve konumlandırma teknolojisinde ayrı verici ve alıcı cihazlar kullanır. Çevre haritasında birden fazla alıcı cihaz düzenlenir ve mobil robota verici sondalar kurulur.
Mobil robotların navigasyonu ve konumlandırılmasında, ultrasonik sensörlerin aynasal yansıma ve sınırlı ışın açısı gibi kusurları nedeniyle çevredeki ortam bilgilerini tam olarak elde etmek zordur. Bu nedenle, ilgili ortam modelini oluşturmak için genellikle çoklu sensörlerden oluşan ultrasonik sensör sistemi kullanılır, Sensör tarafından toplanan bilgiler, seri iletişim yoluyla mobil robotun kontrol sistemine iletilir. Daha sonra kontrol sistemi, toplanan sinyale ve kurulan matematiksel modele göre ilgili verileri işlemek için belirli bir algoritmayı benimser ve robotun konum ortamı bilgisi elde edilebilir.
Düşük maliyet, hızlı bilgi edinme hızı ve yüksek aralık çözünürlüğü avantajları nedeniyle, ultrasonik sensör, mobil robotların navigasyonunda ve konumlandırılmasında uzun süredir yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, çevresel bilgileri toplarken karmaşık görüntü teknolojisine ihtiyaç duymaz, bu nedenle hızlı değişen hıza ve iyi bir gerçek zamanlı performansa sahiptir.
Mobil robotun görsel navigasyon ve konumlandırma teknolojisi
Görsel navigasyon ve konumlandırma sisteminde, yerel vizyona dayalı robota araç kamerası kurma navigasyon modu, yurtiçinde ve yurtdışında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu navigasyon modunda kontrol ekipmanları ve algılama cihazları robot gövdesine yüklenir ve görüntü tanıma ve yol planlama gibi üst düzey kararlar araç üzerindeki kontrol bilgisayarı tarafından tamamlanır.
Görsel navigasyon ve konumlandırma sistemi temel olarak şunları içerir: kamera (veya CCD görüntü sensörü), video sinyali sayısallaştırma ekipmanı, DSP'ye dayalı hızlı sinyal işlemcisi, bilgisayar ve çevre birimleri, vb. Şu anda, birçok robot sistemi CCD görüntü sensörlerini kullanır. Temel eleman, bir dizi silikon görüntüleme elemanıdır. Işığa duyarlı elemanlar ve yük transfer cihazları bir alt tabaka üzerinde yapılandırılmıştır. Yüklerin sıralı transferi yoluyla, çoklu piksellerin video sinyalleri, zaman paylaşımlı ve sıralı olarak alınır. Örneğin, alan CCD sensörü tarafından toplanan görüntünün çözünürlüğü 32 × 32 ila 1024 × 1024 piksel vb. arasında olabilir.
Görsel navigasyon ve konumlandırma sisteminin çalışma prensibi, basitçe robotun etrafındaki ortamı optik olarak işlemek içindir. İlk olarak, kamera görüntü bilgilerini toplamak, toplanan bilgileri sıkıştırmak ve ardından sinir ağı ve istatistiksel yöntemlerden oluşan bir öğrenme alt sistemine geri beslemek için kullanılır, Daha sonra öğrenme alt sistemi toplanan görüntü bilgilerini robotun gerçek konumu ile birleştirir. robotun otonom navigasyon ve konumlandırma işlevini tamamlamak için.
Küresel Konumlandırma Sistemi
Günümüzde, akıllı robot navigasyon ve konumlandırma teknolojisi uygulamasında, genellikle sözde aralıklı diferansiyel dinamik konumlandırma yöntemi benimsenmiştir. Referans alıcı ve dinamik alıcı, dört GPS uydusunu birlikte gözlemlemek için kullanılır ve robotun belirli bir zaman ve andaki üç boyutlu konum koordinatları, belirli bir algoritmaya göre elde edilebilir. Diferansiyel dinamik konumlandırma, uydu saati hatasını ortadan kaldırır. Referans istasyonundan 1000 km uzaktaki kullanıcılar için, uydu saat hatasını ve troposferik hatayı ortadan kaldırabilir, böylece dinamik konumlandırma doğruluğunu önemli ölçüde iyileştirebilir.
Bununla birlikte, mobil navigasyonda, mobil GPS alıcısının konumlandırma doğruluğu, uydu sinyal koşulları ve yol ortamının yanı sıra saat hatası, yayılma hatası, alıcı gürültüsü ve diğer birçok faktörden etkilenir. Bu nedenle, tek başına GPS navigasyonunun konumlandırma doğruluğu ve güvenilirliği düşüktür. Bu nedenle, navigasyon için manyetik pusula ve Optik kod diski ve GPS verileri. Ayrıca GPS navigasyon sistemi, kapalı veya su altı robot navigasyonu ve yüksek konum doğruluğuna sahip robot sistemleri için uygun değildir.
Mobil robot için optik yansıma navigasyonu ve konumlandırma teknolojisi
Tipik optik yansıma navigasyonu ve konumlandırma yöntemi, mesafeyi ölçmek için esas olarak lazer veya kızılötesi sensör kullanır. Hem lazer hem de kızılötesi, navigasyon ve konumlandırma için ışık yansıtma teknolojisini kullanır.
Lazer küresel konumlandırma sistemi genellikle lazer döndürme mekanizması, ayna, fotoelektrik alıcı cihaz ve veri toplama ve iletim cihazından oluşur.
Çalışma sırasında lazer, dönen ayna mekanizması aracılığıyla dışarıya doğru yayılır. Geri yansıtıcıdan oluşan ortak yol işareti tarandığında, yansıyan ışık fotoelektrik alıcı tarafından algılama sinyali olarak işlenir, veri toplama programını başlatın, döner mekanizmanın kod disk verilerini okuyun (hedefin ölçülen açı değeri) , ve daha sonra iletişim yoluyla veri işleme için üst bilgisayara iletin, yol işaretinin bilinen konumuna ve tespit edilen bilgilerine göre, elde etmek için yol işareti koordinat sistemindeki sensörün mevcut konumu ve yönü hesaplanabilir. daha fazla navigasyon ve konumlandırma amacı.
Lazer menzil, dar ışın, iyi paralellik, küçük saçılma ve yüksek değişen yön çözünürlüğü gibi avantajlara sahiptir, ancak aynı zamanda çevresel faktörlerden de büyük ölçüde etkilenir. Bu nedenle, lazer menzili kullanırken toplanan sinyalin nasıl gürültüden arındırılacağı da büyük bir problemdir. Ayrıca lazer menzilinde kör alanlar vardır, bu nedenle tek başına lazer ile navigasyon ve konumlandırma gerçekleştirmek zordur, Endüstriyel uygulamalarda genellikle boru hattı çatlaklarının tespiti gibi belirli bir aralıkta endüstriyel alan tespitinde kullanılır.
Kızılötesi algılama teknolojisi, robot kolunun yüzeyini kaplayan ve robotun çalışmasında karşılaşılan çeşitli nesneleri algılayabilen geniş bir robot" hassas cilt" oluşturmak için çok eklemli robot engellerden kaçınma sisteminde sıklıkla kullanılır. robot kol.
Tipik bir kızılötesi sensör, kızılötesi ışık yayan bir katı hal ışık yayan diyot ve bir alıcı olarak kullanılan bir katı hal fotodiyot içerir. Modüle edilmiş sinyal, kızılötesi ışık yayan tüp tarafından iletilir ve kızılötesi ışığa duyarlı tüp, hedef tarafından yansıtılan kızılötesi modüle edilmiş sinyali alır. Ortamdaki kızılötesi ışık girişiminin ortadan kaldırılması, sinyal modülasyonu ve özel kızılötesi filtre ile garanti edilir. Çıkış sinyalinin VO yansıyan ışık yoğunluğunun voltaj çıkışını temsil etmesine izin verin, o zaman VO, prob ile iş parçası arasındaki mesafenin bir fonksiyonudur: VO=f (x, P), burada p - iş parçasının yansıma katsayısı. P, hedefin yüzey rengi ve pürüzlülüğü ile ilgilidir. X - prob ve iş parçası arasındaki mesafe.
İş parçası aynı p değerine sahip benzer bir hedef olduğunda, X ve VO birer birer karşılık gelir. X, çeşitli hedeflerin yakınlık ölçümünün deneysel verilerinin interpolasyonu ile elde edilebilir. Bu şekilde, robotun hedef nesneden konumu kızılötesi sensör ile ölçülebilir ve ardından mobil robot, diğer bilgi işleme yöntemleri ile gezinebilir ve konumlandırılabilir.
Kızılötesi sensör konumlandırma aynı zamanda yüksek hassasiyet, basit yapı ve düşük maliyet avantajlarına sahip olsa da, yüksek açı çözünürlüğü ve düşük mesafe çözünürlüğü nedeniyle genellikle mobil robotlarda yaklaşan veya ani hareket engellerini algılamak için yakınlık sensörleri olarak kullanılır, bu da uygundur. Robot insanların acil bir durumda engelleri durdurması için.
Çarpma Teknolojisi
Sektör lideri hizmet robotu işletmelerinin çoğu, çarpma teknolojisini benimsiyor. Slam teknolojisi nedir? Kısacası, çarpma teknolojisi, bilinmeyen bir ortamda robot konumlandırma, haritalama ve yol planlama sürecinin tamamını ifade eder.
Slam (eşzamanlı lokalizasyon ve haritalama), 1988'de önerildiğinden beri, esas olarak robot hareketinin zekasını incelemek için kullanılır. Tamamen bilinmeyen iç ortam için, lidar gibi çekirdek sensörlerle donatılmış slam teknolojisi, robotun bir iç ortam haritası oluşturmasına ve robotun bağımsız olarak yürümesine yardımcı olabilir.
SLAM problemi şu şekilde tanımlanabilir: robot, bilinmeyen bir ortamda bilinmeyen bir konumdan hareket etmeye başlar, konum tahmini ve sensör verilerine göre kendini konumlandırır ve aynı zamanda artımlı bir harita oluşturur.
Slam teknolojisinin uygulama yaklaşımları temel olarak vSLAM, WiFi slam ve lidar slam'dir.
1. VSLAM (görsel SLAM)
Kapalı ortamda kamera ve Kinect gibi derinlik kameraları ile navigasyon ve keşif anlamına gelir. Çalışma prensibi basitçe robotun çevresindeki ortamda optik işlem yapmaktır. İlk olarak, kamera görüntü bilgilerini toplamak, toplanan bilgileri sıkıştırmak ve daha sonra sinir ağı ve istatistiksel yöntemlerden oluşan bir öğrenme alt sistemine geri beslemek için kullanılır ve ardından öğrenme alt sistemi toplanan görüntü bilgilerini gerçek konumu ile birleştirir. robot, Robotun otonom navigasyon ve konumlandırma işlevini tamamlayın.
Ancak, iç mekan vSLAM hala araştırma aşamasındadır ve pratik uygulamadan uzaktır. Bir yandan, robot sisteminin yüksek performansını gerektiren hesaplama miktarı çok fazladır; Öte yandan, vSLAM tarafından oluşturulan haritalar (çoğunlukla nokta bulutları) daha fazla keşif ve araştırma gerektiren robot yol planlaması için kullanılamaz.
2．Wifi－SLAM
WiFi, GPS, jiroskop, ivmeölçer ve manyetometre dahil olmak üzere konumlandırma için akıllı telefonlarda çeşitli algılama cihazlarının kullanılması ve makine öğrenimi, örüntü tanıma ve diğer algoritmalar yoluyla elde edilen verilerden doğru iç mekan haritasının çizilmesi anlamına gelir. Bu teknolojinin sağlayıcısı Apple tarafından 2013 yılında satın alındı. Apple'ın iPhone'a WiFi slam teknolojisini uygulayıp uygulamadığı bilinmiyor, yani tüm iPhone kullanıcıları küçük bir çizim robotu taşımakla eşdeğer. Hiç şüphe yok ki, daha doğru konumlandırma yalnızca haritaya yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda tüm konuma bağlı uygulamaları (LBS) daha doğru hale getirir.
3．Lidar SLAM
Robotun senkronize konumlandırma ve harita yapımını gerçekleştirebilmesi için harita verilerini elde etmek için bir sensör olarak lidar kullanımını ifade eder. Teknolojinin kendisi söz konusu olduğunda, yıllar süren doğrulamalardan sonra oldukça olgunlaştı, ancak lidar''un yüksek maliyetinin darboğazı acilen çözülmesi gerekiyor.
Google sürücüsüz arabaları bu teknolojiyi kullanır. Çatıya monte edilen lidar, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki velodyne şirketinden geliyor ve 70000 dolardan fazla satıyor. Bu lidar, yüksek hızda dönerken çevreye 64 lazer ışını yayabilir. Lazer çevredeki nesnelere dokunup geri döndüğünde, araç gövdesi ile çevredeki nesneler arasındaki mesafeyi hesaplayabilir. Bilgisayar sistemi daha sonra bu verilere göre ince bir 3 boyutlu topografik harita çizer ve daha sonra yerleşik bilgisayar sistemi için farklı veri modelleri oluşturmak için bunu yüksek çözünürlüklü harita ile birleştirir. Lidar, tüm aracın maliyetinin yarısını oluşturuyor ve bu, Google'un insansız araçlarının seri üretilememesinin nedenlerinden biri de olabilir.
Lidar, navigasyonun doğruluğunu etkin bir şekilde sağlayabilen ve iç ortama uyum sağlayabilen güçlü yönlendirme özelliklerine sahiptir. Bununla birlikte, lidar slam, lidar fiyatı çok pahalı olduğu için robot iç mekan navigasyonu alanında iyi performans göstermedi.