Met de voortdurende verbetering van detectietechnologie, intelligente technologie en computertechnologie, zal intelligente mobiele robot een menselijke rol kunnen spelen in productie en leven. Dus wat zijn de belangrijkste aspecten van positioneringstechnologie voor mobiele robots? Geconcludeerd wordt dat mobiele robots momenteel vooral over deze vijf positioneringstechnologieën beschikken.
Ultrasone navigatie- en positioneringstechnologie voor mobiele robot
Het werkingsprincipe van ultrasone navigatie en positionering is ook vergelijkbaar met dat van laser en infrarood. Gewoonlijk wordt ultrasone golf uitgezonden door de zendsonde van de ultrasone sensor en keert de ultrasone golf terug naar het ontvangende apparaat wanneer obstakels in het medium worden aangetroffen.
Door het zelf uitgezonden ultrasone reflectiesignaal te ontvangen en de voortplantingsafstand s te berekenen volgens het tijdsverschil en de voortplantingssnelheid van ultrasone transmissie en echo-ontvangst, kan de afstand van het obstakel tot de robot worden verkregen, dat wil zeggen, er is een formule : S=TV / 2, waarbij T - het tijdsverschil tussen ultrasone transmissie en ontvangst; V - golfsnelheid van ultrasone golven die zich in medium voortplanten.
Natuurlijk gebruiken veel mobiele robots aparte zend- en ontvangstapparaten in de navigatie- en plaatsbepalingstechnologie. Op de omgevingskaart zijn meerdere ontvangstapparaten gerangschikt en op de mobiele robot zijn zendsondes geïnstalleerd.
Bij de navigatie en positionering van mobiele robots is het moeilijk om de omgevingsinformatie volledig te verkrijgen vanwege de defecten van ultrasone sensoren, zoals spiegelreflectie en beperkte stralingshoek. Daarom wordt het ultrasone sensorsysteem dat bestaat uit meerdere sensoren meestal gebruikt om het overeenkomstige omgevingsmodel vast te stellen. De informatie die door de sensor wordt verzameld, wordt via seriële communicatie naar het besturingssysteem van de mobiele robot verzonden. Vervolgens neemt het besturingssysteem een bepaald algoritme aan om de overeenkomstige gegevens te verwerken volgens het verzamelde signaal en het gevestigde wiskundige model, en kan de positie-omgevingsinformatie van de robot worden verkregen.
Vanwege de voordelen van lage kosten, snelle informatie-acquisitiesnelheid en hoge resolutie, wordt ultrasone sensor al lange tijd veel gebruikt in de navigatie en positionering van mobiele robots. Bovendien heeft het geen complexe beeldtechnologie nodig bij het verzamelen van omgevingsinformatie, dus het heeft een hoge bereiksnelheid en goede realtime prestaties.
Visuele navigatie- en positioneringstechnologie van mobiele robot
In het visuele navigatie- en positioneringssysteem wordt de navigatiemodus voor het installeren van een voertuigcamera in een robot op basis van lokale visie veel gebruikt in binnen- en buitenland. In deze navigatiemodus worden de regelapparatuur en sensorapparatuur op het robotlichaam geladen en worden de beslissingen op hoog niveau, zoals beeldherkenning en padplanning, voltooid door de boordcomputer.
Visueel navigatie- en positioneringssysteem omvat voornamelijk: camera (of CCD-beeldsensor), videosignaaldigitaliseringsapparatuur, snelle signaalprocessor op basis van DSP, computer en randapparatuur, enz. Op dit moment gebruiken veel robotsystemen CCD-beeldsensoren. Het basiselement is een rij silicium beeldelementen. Lichtgevoelige elementen en apparaten voor ladingsoverdracht zijn op een substraat geconfigureerd. Door de sequentiële overdracht van ladingen worden de videosignalen van meerdere pixels time-sharing en sequentieel verwijderd. De resolutie van het beeld dat door de gebieds-CCD-sensor wordt verzameld, kan bijvoorbeeld 32 × 32 tot 1024 × 1024 pixels zijn, enz.
Het werkingsprincipe van het visuele navigatie- en positioneringssysteem is simpelweg het optisch verwerken van de omgeving rond de robot. Eerst wordt de camera gebruikt om de beeldinformatie te verzamelen, de verzamelde informatie te comprimeren en deze vervolgens terug te voeren naar een leersubsysteem dat bestaat uit een neuraal netwerk en statistische methoden. Vervolgens verbindt het leersubsysteem de verzamelde beeldinformatie met de werkelijke positie van de robot om de autonome navigatie- en positioneringsfunctie van de robot te voltooien.
wereldwijd positioneringssysteem
Tegenwoordig wordt bij de toepassing van intelligente robotnavigatie- en positioneringstechnologie over het algemeen de pseudo-bereik differentiële dynamische positioneringsmethode toegepast. De referentie-ontvanger en dynamische ontvanger worden gebruikt om vier GPS-satellieten samen te observeren, en de driedimensionale positiecoördinaten van de robot op een bepaald moment en moment kunnen worden verkregen volgens een bepaald algoritme. Differentiële dynamische positionering elimineert de satellietklokfout. Voor gebruikers op 1000 km afstand van het referentiestation kan het de satellietklokfout en troposferische fout elimineren, zodat het de dynamische positioneringsnauwkeurigheid aanzienlijk kan verbeteren.
Bij mobiele navigatie wordt de positioneringsnauwkeurigheid van de mobiele GPS-ontvanger echter beïnvloed door de toestand van het satellietsignaal en de wegomgeving, evenals door klokfouten, voortplantingsfouten, ontvangerruis en vele andere factoren. Daarom zijn de positioneringsnauwkeurigheid en betrouwbaarheid van alleen GPS-navigatie laag. Daarom magnetisch kompas en optische codeschijf en GPS-gegevens voor navigatie. Bovendien is het GPS-navigatiesysteem niet geschikt voor robotnavigatie binnen of onder water en robotsystemen met een hoge positienauwkeurigheid.
Optische reflectie-navigatie- en positioneringstechnologie voor mobiele robot
De typische optische reflectie-navigatie- en positioneringsmethode maakt voornamelijk gebruik van laser- of infraroodsensor om de afstand te meten. Zowel laser als infrarood gebruiken lichtreflectietechnologie voor navigatie en positionering.
Laser globaal positioneringssysteem bestaat over het algemeen uit een laserrotatiemechanisme, spiegel, foto-elektrisch ontvangstapparaat en data-acquisitie- en transmissieapparaat.
Tijdens bedrijf wordt de laser naar buiten uitgezonden door het roterende spiegelmechanisme. Wanneer het coöperatieve verkeersbord bestaande uit een achterwaartse reflector wordt gescand, wordt het gereflecteerde licht door de foto-elektrische ontvanger verwerkt als het detectiesignaal, start het data-acquisitieprogramma, lees de codeschijfgegevens van het roterende mechanisme (de gemeten hoekwaarde van het doel) , en verzend het vervolgens naar de bovenste computer voor gegevensverwerking via communicatie. Volgens de bekende positie en gedetecteerde informatie van het verkeersbord, kan de huidige positie en richting van de sensor in het coördinatensysteem van het verkeersbord worden berekend, om te bereiken het doel van verdere navigatie en positionering.
Laserbereik heeft de voordelen van een smalle bundel, goede parallelliteit, kleine verstrooiing en een hoge resolutie van de richtingsrichting, maar wordt ook sterk verstoord door omgevingsfactoren. Daarom is het ook een groot probleem hoe het verzamelde signaal te ruisen bij het gebruik van laserbereik. Bovendien zijn er blinde gebieden in laserbereik, dus het is moeilijk om navigatie en positionering met alleen laser te realiseren. In industriële toepassingen wordt het over het algemeen gebruikt bij industriële velddetectie binnen een specifiek bereik, zoals het detecteren van pijpleidingscheuren.
Infrarooddetectietechnologie wordt vaak gebruikt in multi-joint robotobstakelvermijdingssysteem om een groot gebied van robot"gevoelige huid" te vormen, dat het oppervlak van de robotarm bedekt en verschillende objecten kan detecteren die worden aangetroffen tijdens de werking van robotarm.
Een typische infraroodsensor omvat een solid-state light-emitting diode die infrarood licht kan uitzenden en een solid-state fotodiode die als ontvanger wordt gebruikt. Het gemoduleerde signaal wordt verzonden door de infrarood licht uitzendende buis en de infrarood lichtgevoelige buis ontvangt het infrarood gemoduleerde signaal dat door het doel wordt gereflecteerd. De eliminatie van interferentie van omgevingsinfraroodlicht wordt gegarandeerd door signaalmodulatie en een speciaal infraroodfilter. Laat het uitgangssignaal VO de uitgangsspanning van de gereflecteerde lichtintensiteit vertegenwoordigen, dan is VO een functie van de afstand tussen de sonde en het werkstuk: VO=f (x, P), waarbij p - de reflectiecoëfficiënt van het werkstuk. P is gerelateerd aan de oppervlaktekleur en ruwheid van het doel. X - afstand tussen sonde en werkstuk.
Wanneer het werkstuk een soortgelijk doel is met dezelfde p-waarde, komen X en VO één voor één overeen. X kan worden verkregen door de experimentele gegevens van nabijheidsmeting van verschillende doelen te interpoleren. Op deze manier kan de positie van de robot vanaf het doelobject worden gemeten door een infraroodsensor, en vervolgens kan de mobiele robot worden genavigeerd en gepositioneerd door andere informatieverwerkingsmethoden.
Hoewel positionering van infraroodsensoren ook de voordelen heeft van een hoge gevoeligheid, eenvoudige structuur en lage kosten, vanwege hun hoge hoekresolutie en lage afstandsresolutie, worden ze vaak gebruikt als naderingssensoren in mobiele robots om naderende of plotselinge bewegingsobstakels te detecteren, wat handig is voor robotmensen om obstakels te stoppen in een noodgeval.
Slam-technologie
De meeste toonaangevende servicerobotbedrijven passen slam-technologie toe. Wat is slam-technologie? Kortom, slam-technologie verwijst naar het hele proces van robotpositionering, mapping en padplanning in een onbekende omgeving.
Slam (gelijktijdige lokalisatie en mapping), sinds het werd voorgesteld in 1988, wordt voornamelijk gebruikt om de intelligentie van robotbewegingen te bestuderen. Voor een volledig onbekende binnenomgeving, uitgerust met kernsensoren zoals lidar, kan slam-technologie de robot helpen een binnenomgevingskaart te bouwen en de robot zelfstandig te laten lopen.
Het SLAM-probleem kan worden omschreven als: de robot begint te bewegen vanuit een onbekende positie in een onbekende omgeving, lokaliseert zichzelf op basis van positieschatting en sensorgegevens en construeert tegelijkertijd een incrementele kaart.
De implementatiebenaderingen van slam-technologie omvatten voornamelijk vSLAM, WiFi-slam en lidar-slam.
1. VSLAM (visuele SLAM)
Het verwijst naar navigatie en verkenning met dieptecamera's zoals camera en Kinect in een binnenomgeving. Het werkingsprincipe is eenvoudigweg optische verwerking uit te voeren op de omgeving van de robot. Ten eerste wordt de camera gebruikt om de beeldinformatie te verzamelen, de verzamelde informatie te comprimeren en deze vervolgens terug te voeren naar een lerend subsysteem dat bestaat uit een neuraal netwerk en statistische methoden, en vervolgens verbindt het lerende subsysteem de verzamelde beeldinformatie met de werkelijke positie van de robot, voltooi de autonome navigatie- en positioneringsfunctie van de robot.
De indoor vSLAM bevindt zich echter nog in de onderzoeksfase en is verre van praktische toepassing. Enerzijds is de hoeveelheid rekenwerk te groot, wat hoge prestaties van het robotsysteem vereist; Aan de andere kant kunnen de door vSLAM gegenereerde kaarten (meestal puntenwolken) niet worden gebruikt voor het plannen van robotpaden, wat verder onderzoek en onderzoek vereist.
2．Wifi－SLAM
Het verwijst naar het gebruik van een verscheidenheid aan detectieapparaten in smartphones voor positionering, waaronder WiFi, GPS, gyroscoop, versnellingsmeter en magnetometer, en het tekenen van een nauwkeurige kaart voor binnen op basis van de verkregen gegevens door middel van machine learning, patroonherkenning en andere algoritmen. De aanbieder van deze technologie is in 2013 overgenomen door Apple. Het is niet bekend of Apple WiFi slam-technologie heeft toegepast op de iPhone, zodat alle iPhone-gebruikers gelijk staan aan het dragen van een kleine tekenrobot. Het lijdt geen twijfel dat een nauwkeurigere positionering niet alleen bevorderlijk is voor de kaart, maar ook alle locatieafhankelijke toepassingen (LBS) nauwkeuriger maakt.
3．Lidar SLAM
Het verwijst naar het gebruik van lidar als sensor om kaartgegevens te verkrijgen, zodat de robot synchrone positionering en kaartconstructie kan realiseren. Wat de technologie zelf betreft, deze is na jaren van verificatie behoorlijk volwassen geworden, maar het knelpunt van de hoge kosten van lidar' moet dringend worden opgelost.
Google-auto's zonder bestuurder gebruiken deze technologie. De lidar die op het dak is geïnstalleerd, is afkomstig van het bedrijf Velodyne uit de Verenigde Staten en wordt verkocht voor meer dan $ 70000. Deze lidar kan bij hoge snelheid 64 laserstralen uitstralen naar de omgeving. Wanneer de laser de omringende objecten raakt en terugkeert, kan hij de afstand tussen de carrosserie van het voertuig en de omringende objecten berekenen. Het computersysteem tekent vervolgens een fijne 3D-topografische kaart op basis van deze gegevens en combineert deze vervolgens met de kaart met hoge resolutie om verschillende gegevensmodellen voor het boordcomputersysteem te genereren. Lidar is goed voor de helft van de kosten van het hele voertuig, wat ook een van de redenen kan zijn waarom de onbemande voertuigen van Google' niet in massa kunnen worden geproduceerd.
Lidar heeft de kenmerken van een sterke directiviteit, die de nauwkeurigheid van de navigatie effectief kan garanderen en zich kan aanpassen aan de binnenomgeving. Lidar slam heeft echter niet goed gepresteerd op het gebied van robot-binnennavigatie, omdat de prijs van lidar te duur is.