Роботизированные усы – лучшая система навигации

Система навигации мобильного робота (стр. 2 из 7)

Лет десять тому назад казалось, что решить вопросы навигации роботов будет несложно. Представлялось, что достаточно распознать изображение, опознать заданные объекты, измерить до них расстояние – и задача решена.

Первые системы обеспечения навигации роботов создавались на основе сканирующих датчиков, в том числе телевидения, локационных и стереодальномеров.

Специальная вычислительная схема робота в конечном итоге сводила электрические сигналы к аналогам различных препятствий и делала вывод о целесообразности того или иного движения.

Обратите внимание

Стандартными признаками препятствий, воспринимаемых роботом, стали стена, навес, яма – обрыв, наклон, опасность для дальномера и другие упрощенные или укрупненные детали сцены.

Обычно задачу технического зрения робота при навигации разбивают на три уровня, соответствующих дальней, средней и ближней навигации (рисунок 2.3).

Система дальней навигации предназначена для планирования основного маршрута движения робота. Главной функцией машинного зрения при этом является распознавание ориентиров.

Оптико-электронная схема, обеспечивающая решение данной задачи, состоит из объектива с переменным фокусным расстоянием (трансфокатора), электронного блока, управляющего камерой, механизма, реализующего наклон или поворот камеры, а также системы распознавания ориентира.

Входные сигналы определяются грубой картой видимости, визуальными моделями ориентиров, картой местности и описанием задачи. Представления о внешней среде базируются на карте областей видимости (проходимости робота), местоположении робота, последовательности расположения областей, через которые проходит маршрут движения.

Система промежуточной (средней) навигации содержит карту, которая является подмножеством карты системы дальней навигации с более подробным содержанием. Задача навигации состоит в обеспечении движения в пределах однородной видимости, т. е. робот проходит коридоры свободного пространства (прямой полосы местности, где не требуется маневрирования).

Система промежуточной навигации предполагает чередование таких коридоров и их последовательную корректировку путем увеличения ширины и разбиения маршрута на более мелкие участки.

Входные сигналы этой системы основаны на карте дальней навигации, моделях известных препятствий и явных ориентиров местности, маршруте, спланированном на базе системы дальней навигации.

Важно

Система промежуточной навигации обеспечивает общий анализ изображений для последующей сегментации и распознавания, качественное определение расстояний, накопление ориентиров и планирование маршрута. Представление о внешнем мире даст карта коридоров свободного пространства, на которой отмечены основные характерные признаки препятствий и местности.

Система ближней навигации предназначена для непосредственного измерения расстояний в сочетании с многоаспектным определением подпространства промежуточной безопасной зоны, в пределах которой перемещается робот, а также анализа структуры местности.

Входными данными служат информация, поступающая от модулей счисления пройденного пути и курса, сведения о свободном пространстве.

Система должна измерять расстояния, оценивать структуру местности, определять безопасный обход препятствий и планировать прохождение по определенным трассам.

Отдельной задачей системы ближней навигации является следование по дорогам.

В ее состав входят планирование последовательности ощущаемых изменений дороги, преодоление пересеченных и искривленных участков, крутых спусков и подъемов дороги, а также, обеспечение навигации при наличии другого робота.

Таким образом, эта задача, являясь частной для всей навигации робота, была связана с первыми этапами разработки навигационных систем роботов.

Рисунок 2.3 – Зоны навигации

Основной процесс управления при навигации робота состоит в передаче задач от уровней с большей степенью абстракции к уровням с меньшей ее степенью, а информация о состоянии робота проходит в обратном направлении. При этом каждый уровень навигации хранит карту своей рабочей зоны робота и имеет специальные видеодатчики с соответствующими визуальными возможностями [7].

3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ В НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

3.1 Обзор аналогичных конструкций

Навигация мобильного робота охватывает большой диапазон различных технологий и применений. Она опирается как на очень старые технологии, так и на самые продвинутые достижения науки и техники [8].

Робототехники выделяют три навигационные системы:

Совет

а) глобальная – определение абсолютных координат устройства при движении по длинным маршрутам;

б) локальная – определение координат устройства по отношению к некоторой (обычно стартовой) точке. Эта схема востребована разработчиками тактических беспилотных самолетов и наземных роботов, выполняющих миссии в пределах заранее известной области;

в) персональная – позиционирование роботом частей своего тела и взаимодействие с близлежащими предметами, что актуально для устройств, снабженных манипуляторами.

Считается, что чем крупнее аппарат, тем выше для него важность глобальной навигации и ниже – персональной. У роботов-малышей все наоборот.

Системы навигации классифицируются еще по одному признаку – они могут быть пассивными и активными.

Пассивная система навигации подразумевает прием информации о собственных координатах и других характеристиках своего движения от внешних источников, а активная рассчитана на определение местоположения только своими силами.

Как правило, все глобальные схемы навигации пассивные, локальные бывают и теми и другими, а персональные схемы – всегда активные.

Первые модели промышленных роботов с более или менее автономной навигацией, созданные в 60-е годы, передвигались по маршруту, жестко заданному с помощью электрических кабелей, проложенных под полом заводских сооружений.

На роботах устанавливались несложные устройства приема электромагнитного излучения кабеля, позволявшие определять направление перемещения. Аппараты могли двигаться по различным маршрутам благодаря тому, что по нескольким кабелям передавался сигнал с разной частотой.

Но такая схема была дорогой и негибкой.

С появлением первых систем машинного зрения удалось отказаться от кабелей и перейти к навигации по ярко нарисованным (или флуоресцентным) линиям на полу.

Робот с помощью камеры следил за такой линией и самостоятельно двигался вдоль нее.

Правда, линии часто стирались, нередко загораживались другими аппаратами и людьми, а на перекрестках, где сходилось несколько маршрутных линий, роботы обычно терялись и останавливались, не в силах понять, куда же двигаться дальше.

Обратите внимание

Испытывались и другие похожие концепции. По маршруту движения на определенной высоте размещались предметы-маркеры заданной формы, которые робот с помощью простых датчиков “ощупывал”, узнавая тем самым свое местонахождение.

Но такая схема навигации основана на нежелательном физически активном контакте машины с окружающим миром, что может привести к разрушительным последствиям.

Кроме того, роботы не всегда могли правильно идентифицировать маркеры, а расположение последних приходилось выбирать очень точно.

Постепенно модели маркерной навигации были оснащены более совершенными аналоговыми датчиками, научившимися измерять силу реакции контакта и определять форму маркера, а сейчас в этих целях применяются цифровые матричные датчики, способные получать от маркеров подробные данные об окружающей среде.

Следующий способ навигации – это использование лазерных дальномеров и ультразвуковых генераторов (сонаров). Однако лазерный луч поможет получить образ среды только в зоне прямой видимости. Кроме того, на пути луча часто возникают мелкие помехи, вносящие погрешность в такой образ.

А ультразвуковые датчики характеризуются большим временем отклика (если робот находится на большом и открытом пространстве), порядка десятых долей секунды, что не позволяет роботу перемещаться быстро.

Скорость звука в разных условиях также может “плавать”, влияя на точность оценки расстояния, в результате в “голове” робота искажается общая картина окружающей среды.

Создание трехмерных карт с помощью лазеров в масштабе реального времени еще более затруднительно и, как минимум, требует существенных вычислительных мощностей, которые пока не удается воплотить в виде компактных бортовых плат. По этим причинам ценность информации, поступающей от бортовых датчиков, невелика. Роботу необходимо перевести ее в формальное и структурированное “словесное” описание мира (задача распознавания) [2].

Важно

Одним из способов организации движения робота в заранее не определённой среде может быть использование алгоритмов системы управления движением робота, снабжённого оптронной линейкой – датчиком слежения за полосой, нанесённой на поверхность полигона.

Был предложен метод организации движения робота на оснащённом системой маяков полигоне, основанный на построении виртуальной полосы, которая формируется в бортовом компьютере робота с таким расчётом, чтобы она огибала включённые маяки и обеспечивала прохождение заданной трассы.

Автономное определение на борту робота его обобщённых координат позволяет сформировать «виртуальную оптронную линейку», сигнал с которой пропорционален отклонению робота от виртуальной полосы [9].

Источник: http://MirZnanii.com/a/116404-2/sistema-navigatsii-mobilnogo-robota-2

Создана подводная система навигации и связи «Позиционер»

Уникальная система навигации и связи «Позиционер», разработанная санкт-петербургским концерном «Океанприбор», вскоре будет развернута на дне российского арктического шельфа.

Система состоит из автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), гидроакустических буев с аппаратурой спутниковой связи «Гонец-Д1М» и навигации ГЛОНАСС.

Подводные роботы патрулируют районы на глубине до 8 км, ориентируясь по находящимся на дне гидроакустическим буям-маякам.

В них заложены сверхточные координаты, получив которые, беспилотник уточняет свое местоположение и продолжает движение. Также буи служат для передачи информации на поверхность.

— Система полностью готова к развертыванию, — сообщил «Известиям» официальный представитель концерна «Океанприбор» Павел Мартышкин. — Первым районом развертывания станет дно вблизи газодобывающей морской платформы «Приразломная».

На базе наших средств планируется создание глобальной информационной сетецентрической системы подводного мониторинга и обслуживания районов нефтедобычи.

Одну из них для Арктики концерн планирует выполнить в рамках опытно-конструкторской работы «Информативность» по заказу Минпромторга.

В системе «Позиционер» предполагается использовать несколько типов буев: подводные, плавающие и даже вмораживаемые в лед.

Аппаратная часть буя состоит из радио- и гидроакустической частей с общей системой электропитания, помещенных в корпус из пластмассы.

В то же время в состав радио- и гидроакустического оборудования входят ультракоротковолновая радиостанция, приемник ГЛОНАСС, комплект системы спутниковой связи «Гонец-Д1М» и аппаратура подводной связи с роботами.

Совет

В дрейфующем варианте аппаратная часть буя помещается в защитный корпус с поплавками, в которых находятся дополнительные элементы питания. А вот вмораживаемый буй комплектуется специальным высокопрочным термоконтейнером с высокой тепловой изоляцией.

Буи имеют три режима работы. При первом изделие получает информацию по спутниковым каналам связи, запоминает и по требованию робота передает ее.

При втором режиме — «диалог» — буй связывает по радиоканалу УКВ-диапазона в режиме реального времени береговые, воздушные, морские центры управления с подводными роботами. Такой обмен данными позволяет не только знать, где находится робот и какие задачи он решает, но и непрерывно управлять им.

Третий режим самый простой. Робот действует абсолютно автономно и только сверяет свои координаты с буями, корректируя курс. В экстренном случае беспилотник может подать сигнал SOS, сообщив о прекращении глубоководной миссии.

Источник: http://xn--80aaxridipd.xn--p1ai/sozdana-podvodnaya-sistema-navigatsii-i-svyazi-pozitsioner/

Для российских подводных роботов сделали систему навигации

«Марлин-350» Министерство обороны России

Российский концерн «Океанприбор» разработал новую систему подводного позиционирования для роботов. Как пишет газета «Известия», система получила название «Позиционер».

Ее планируется использовать для организации локальных подводных навигационных зон вокруг районов нефте- и газодобычи.

Первая такая система, как ожидается, появится рядом с газодобывающей морской платформой «Приразломная».

Для определения собственного положения под водой роботы обычно используют системы инерциальной навигации. Они представляют собой набор акселерометров, регистрирующих ускорения и маневры аппаратов. Периодически аппараты всплывают для сверки координат и коррекции инерциальных систем по GPS. Всплытие необходимо, потому что сигналы спутников не могут проникнуть в толщу воды.

Новая система подводной навигации «Позиционер» позволит роботам с высокой точностью определять свои координаты под водой. В состав системы входят несколько гидроакустических буев, устанавливаемых вблизи дна. Эти буи оснащены системой спутниковой связи и навигации «Гонец-Д1М», работающую с сигналами ГЛОНАСС.

Читайте также:  Иерархическая временная память (краткий обзор)

В новой системе неподвижно установленные буи определяют собственные координаты по спутниковым сигналам и передают их в виде акустических сигналов подводным роботам. Получив эти сигналы сами роботы уже способны определить свое положение. По данным разработчиков, вся система способна работать на глубинах до восьми километров.

Помимо подводных буев для системы «Позиционер» созданы еще два типа буев. Так, плавающие буи можно будет использовать в местах с небольшими глубинами, а вмораживаемые в лед устройства — в условиях Арктики. Последний вариант буя оснащается высокопрочным термоконтейнером для аппаратуры. Помимо определения координат новые устройства позволят операторам управлять роботами.

Обратите внимание

В середине июня текущего года Министерство обороны России заказало разработку новой радионавигационной системы «Неман-М». Она позволит подводным лодкам с высокой точностью определять свое местоположение подо льдом вплоть до Северного полюса. Опытный образец новой радионавигационной системы появится до конца 2018 года.

В состав «Немана-М» войдут три-четыре наземные станции, транслирующие синтезированные импульсы, и такое же количество контрольно-корректирующих станций. С использованием этих комплексов должно работать неограниченное количество приемоиндикаторов, навигационного оборудования, устанавливаемого на корабли ВМФ России.

«Неман-М» обеспечит дальность радионавигационного покрытия до 1,5 тысячи километров, а погрешность позиционирования составит 60 метров. Подводные лодки смогут получать сигналы при помощи собственных антенн в надводном положении или на глубине радиообмена, а при движении на большой глубине или подо льдом — при помощи буксируемого антенно-фидерного устройства.

Василий Сычёв

Источник: https://nplus1.ru/news/2016/12/08/navi

В армии сша тестируют роботов, которые изначально разрабатывались для исследования марса. интернет журнал о новых технологиях

Этот, на первый взгляд довольно невзрачный неваляшка, который по форме еще и сильно напоминает человеческий глаз, на самом деле специальный робот, который поможет американской армии выполнять ряд задач по видеонаблюдению за различными объектами.

Преимущество этого вращающегося «робоглаза» заключается в том, что он способен передавать видеоряд, который видит на протяжении шестнадцати часов. При этом робот спокойно карабкается по горам с максимальным отклонением на угол в  тридцать градусов и развивает скорость до 20 миль в час.

Качество видео при этом не теряется. В диаметре робот составляет два фута. Он получил имя GuardBot.  Робот управляется дистанционно и передвигается на заданные расстояния с помощью встроенных систем навигации. Он может функционировать и в воде, хотя плавает далеко не на потрясающем уровне.

  Его скорость в воде составляет всего 4 мили в час. Поэтому лучше всего использовать GuardBot на суше.

Интересным фактом является то, что первоначально робота разрабатывали для того, чтобы он изучал поверхность Марса. Но амия США быстро поняла необходимость такого изобретения.

Начиненный камерами и встроенным GPS, робот может быть великолепными «глазами» американской армии на земле. Кроме все прочего, в него можно упаковать до двух килограммов любого груза.

А теперь вспомним, что полкило С4 может спокойно уничтожить здоровый грузовик, произведем калькуляцию и ужаснемся мощности этого «неприметного малыша».

Важно

Также разработчики утверждают, что GuardBot можно сделать  практически любых  размеров. Самый минимальный может составлять четыре дюйма в диаметре. Такой размер великолепно подходит для внедрения так называемых мобильных «жучков».

Такие малыши могут патрулировать контрольно-пропускные пункты, залезать под машины на паркинге и следовать  с ними  до места назначения. С тем же успехом GuardBot можно сделать больше. Пока что максимальный размер составит девять футов в диаметре. Такие большие роботы предназначены для использования на открытых площадках.

Вероятнее всего, вам не стоит беспокоиться о том, что в один прекрасный момент к вам за столик подсядет такой «робоглаз». Ну или же он будет преследовать Вас в коридоре.

Более старшему поколению, увлекающемуся британскими сериалами, новый проект американской армии напомнит персонажа некогда популярного в Англии сериала под названием «Terrahawks». Его звали Zeriods. Или же можете прогуглить.

на основе материала Lee Mathews 

Источник: http://posterspb.ru/articles/roboty/view/227-testy_robotov_usa

Комплексы видеофиксации “РОБОТ” — обзор — бортжурнал Skoda Superb 1.8 МКПП 2012 года на DRIVE2

Прибор в виде «скворечника» (Robot Multiradar SD580) решает сразу несколько задач: контроль и фото фиксация превышения скорости, проезд на запрещающий сигнал светофора, пересечение лини разметки, встречная полоса, обочина, стоп-линия делает при этом два снимка нарушения (обзор до шести полос одним снимком), имеет возможность проверки любого зафиксированного нарушения. Отличается яркой желтой вспышкой в момент фиксации нарушения.Устанавливается на световой опоре, столбе дорожного указателя или других конструктивных элементах . Работает на неосвещенных участках дороги за счет встроенной в прибор вспышке. Имеет встроенный пульт ручного управления для проведения настроек и контроля, не требует дополнительных устройств дляфункционирования в минимальной конфигурации. Позволяет различать грузовой и легковой транспорт и устанавливать различные пороги превышения скорости для каждого из них. Имеет возможность дистанционной сигнализации о несанкционированных попытках проникновения в шкаф для защиты от вандализма (используются датчики температуры, вибрации, открывания двери). Дальность измерений составляет 250 метров. Характеристики комплекса видеофиксации на порядок превосходят другие аппараты, он обладает более четкой разрешительной способностью 11 Мпкс. камерой, возможностью охватасразу 6 полос движения, в прибор также установлены датчики инфракрасного излучения, что позволяет выявлять нарушителей в ночное время. Уникальность робота в том, что комплекс основан на использовании радарных технологий измерения скорости и дальности до определенных целей,которые находятся в луче электромагнитной энергии, формируемом радарной антенной.

На данный момент времени Robot Multiradar SD580 по многим показателям можно считать аналогом фоторадара «Стрелка».

Технические характеристики:• Фиксация скоростей: от 10 до 250 км/ч.• Количество полос: от 2 до 6 полос измерения одновременно.• Точность измерения: 1км/ч при скорости до 100 км/ч и 1 % при скорости до 250 км/ч.• Шаг изменения порога скорости: ±1 км/ч.• Радар: частота 24,1 ГГц• Цифровая камера: Разрешение матрицы — 11Мпкс.• Скорость затвора: до 1/10000 сек.

• Температурный диапазон системы: — 40 +60 градусов, автономный внутренний обогрев.• Количество фотографий 2.• Количество распознаваемых типов ТС два: грузовой, легковой.• Расположение: сбоку от дороги.• Антивандальное исполнение.• Наработка на отказ: не менее 50000 часов.• Типы нарушений: Скорость, красный свет, встречная полоса, стоп-линия, езда по обочине.

Стоимость прибора — около 5 млн руб .

Производитель Германия

Радует в этой ситуации одно-он определяется современными радарами-детекторами, но так как он устанавливается под углом 25 градусов, дальность обнаружения его радарам не слишком велика и составляет 250-300 метров. Будьте бдительнее !

Источник: https://www.drive2.ru/l/5076189/

Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования в лесной местности

Черных А.А.

Студент; НИ Томский политехнический университет

Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования в лесной местности

Аннотация

В данной работе будет проводиться сравнительный анализ систем для позиционирования роботов и выбор наиболее подходящей для дальнейшей работы.

Ключевые слова: AVR микроконтроллер, GPS, гироскоп, RTK, цифровой компас.

Chernykh A.A.

Student; Tomsk Polytechnic University

ROBOT NAVIGATION SYSTEM ANALYSIS AND SELECTION FOR POSITIONING IN THE WOODLAND

Abstract

This work describes robot positioning systems analysis and selection of the most suitable system for further work.

Keywords: AVR microcontroller, GPS, gyroscope, RTK, digital compass.

Известные технические решения

Уже существуют роботы, которые также работают на открытой местности, и имеют систему навигации:

  • Yeti – робот для антарктических экспедиций;
  • Робот Пластун – разведывательный робот.

Разработка системы навигации робота

Каждая компания или фирма, которая проектирует и конструирует роботов, использует определенный набор средств, позволяющий решать задачу позиционирования в определенных условиях.

Для этого подбирается управляющий узел (микроконтроллер, ЭВМ) и набор датчиков и модулей.

На рынке представлено множество готовых модулей, которые напрямую подключаются к  микроконтроллеру, что существенно облегчает задачу разработки устройства.

Как правило, конструктивные особенности роботов для решения тех или иных задач накладывают ряд ограничений. Это может быть разная реализация поворотного механизма. Различные габариты платформы и мощность двигателей, скорость движения, маневренность, рабочая среда и т.д.

Совет

Поэтому разработчики берут в расчет конструктивные особенности и применяют уже конкретные модули для решения поставленных задач. Учитывая специфичность среды работы робота, будем проектировать свою систему.

В основном на рынке представлены готовые роботы, то есть платформы с системой навигации. Основную ценность в данных системах представляют алгоритмы и разработанные по ним программы. Как правило, они в закрытом доступе и применяются в готовых устройствах. Программное обеспечение индивидуально, поэтому на рынке на сегодняшний день фактически не существует универсальных решений.

Поэтому будем разрабатывать свою систему позиционирования робота для автономного движения робота в условиях леса с точностью 4 метра.

Анализ систем навигации робота

Для реализации систем навигации необходимо использовать набор модулей, который зависит от требуемой функциональности, точности и других параметров.

Определение положения робота в каждый момент времени (“Где я нахожусь”), движение робота по прямой, разворот робота в противоположное направление, и возвращение направления робота на исходную траекторию после обхода препятствий сводится к задаче позиционирования и ориентации робота в пространстве.

Рассмотрим основные применяемые модули, и выберем наиболее подходящий.

Классификация систем

В робототехнике по одному из способов классификации выделяют четыре вида навигационных систем: персональная, локальная, автономная система, глобальная системы.

Персональная  система

Позиционирование роботом частей своего тела и взаимодействие с близлежащими предметами, что актуально для устройств, снабженных манипуляторами. К такой системе можно отнести: движение вдоль кабелей и линий, движение робота по меткам, движение с использованием энкодеров.

В целом данные способы являются дорогими и не гибкими. Подходят для позиционирования робота на конкретной небольшой территории.

Локальная система

Обратите внимание

Определение координат устройства по отношению к некоторой (обычно стартовой) точке. Эта схема востребована разработчиками тактических беспилотных самолетов и наземных роботов, выполняющих миссии в пределах заранее известной области. К данной системе относятся методы определение координат робота по локальным координатам маяков, позиционирование в сотовых сетях.

Данные способы не подходят по причине отсутствия сотовой связи в районе леса, отдаленных мест от городской местности. Также имеет низкую точность.

Автономная система

К данной системе относят гироскопы, цифровые компасы.

Читайте также:  Audi планирует запустить в серию автомобиль с автопилотом

Следует отметить, что существенными недостатками гироскопа и цифрового компаса, применительно к нашей задачи, являются их чувствительность к наклонам роботизированной платформы, и по этой причине наблюдается колебание измерений.

Поэтому гироскоп и цифровой компас будут применяться как дополнительное устройство для корректировки и сглаживания “плавания” координат в навигационной системе.

Глобальная система

Определение абсолютных координат устройства при движении по длинным маршрутам (GPS, RTK-GPS, Глонасс).

Наилучшую точность на данный момент обеспечивает GPS. Погрешность такой системы на данный момент не превышает шести метров. При условиях близких к идеальным, точность соответственно увеличивается, и погрешность не превышает 2-3 метров. А новое поколение спутников, обеспечит точность не менее 60-90 см.

Основной недостаток глобальных систем – зависимость от условий использования. Практически невозможно определять местонахождение внутри зданий, в подвалах или тоннелях. На прием сигналов GPS влияют помехи от наземных источников.

В условиях леса перечисленные факторы, снижающие точность глобальной навигационной системы, отсутствуют.

Заключение

Были рассмотрены основные методы по решению системы навигации робота. Из перечисленных способов для позиционирования и решения поставленных задач подходит использование глобальных навигационных систем, а именно GPS. Главным преимуществом является своевременное получение актуальных координат платформы без привязки относительно начальной точки.

Важно

Сам модуль с антенной в зависимости от производителя и функциональности стоит в пределах 500-2000 рублей. При необходимости увеличения точности координат возможна установка гироскопа и акселерометра.

Это позволит сгладить “плавание” показаний с GPS модуля путем движения робота по данным гироскопа с акселерометром с периодической привязкой к глобальным координатам для исключения искажения траектории.

Остальные способы позиционирования, относящиеся к персональной, локальной, а также автономной (за исключением использования дополнительного оборудования в качестве корректировки) системам не подходит в нашем случае.

Литература

Источник: https://research-journal.org/physics-mathematics/analiz-i-vybor-sistem-navigacii-robota-dlya-pozicionirovaniya-v-lesnoj-mestnosti/

Роботы-пылесосы с построением карты помещения

Какие алгоритмы используются в роботах-пылесосах?

До появления первого на рынке робота-пылесоса с картографией (iCLEBO Smart от южнокорейского производителя Yujin Robot), пылесосы двигались по квартире хаотично. У именитых брендов, как iRobot, хаотичный режим чередовался с движением вдоль стен и по спирали.

В более поздних версиях iRobot (модели 7xx, 8xx) стала использоваться улучшенная система навигации iAdapt, которая подразумевает под собой примерную оценку квадратуры помещения по числу соударений робота. Например, если робот ударяется часто, то логично предположить, что помещение небольшого размера.

Дешевые китайские аналоги не имеют такого алгоритма и часто двигаются зигзагом от одной стенке к другой. iRobot пошла еще дальше и придумала дополнительный аксессуар – маячки-координаторы для старших моделей. Суть маячка в том, чтобы запирать пылесос в ограниченной зоне на некоторое время. Например, у вас две комнаты.

В первой комнате и на кухне робот проводит 80% времени, а во вторую комнату заезжает редко и проводит мало времени. Маяк устанавливается в дверной проем (по рекомендации в каждый дверной проем, в двухкомнатной квартире нужно хотя бы два маяка) и, когда Roomba заедет в дальнюю комнату, маяк запирает там пылесос на более продолжительное время.

Конечно, такой метод не решает основную проблему роботов без навигации – пропуск неубранных мест. Маяки помогут только более равномерно распределить зону уборки. 

В 9xx серии iRobot уже стали использовать систему навигации с помощью камеры, как это уже делал iCLEBO, LG, Samsung. В таком методе работы пылесос проезжает всю доступную площадь и не оставляет неубранных мест, а также помнит месторасположение зарядной базы.

Совет

Если робот с хаотичной уборкой закончит убираться в дальнем углу вашей квартиры, то далеко не факт, что он сможет самостоятельно найти базу для зарядки. Все упирается в размеры вашей квартиры.

Исходя из опыта многочисленных пользователей можно утверждать, что роботы-пылесосы с хаотичным принципом уборки достаточно эффективны при выполнении следующих двух условий: 

  • Площадь квартиры не превышает 50 кв. метров
  • Робот должен быть способен непрерывно работать более 90 минут

В таком случае пылесос сможет с большой степенью вероятности проехать по основным местам уборки. Пропущенные места он сможет убрать в следующий день. В случае двухкомнатных квартир и площади более 50 кв. метров рекомендуется обратить внимание на пылесосы с построением карты помещения. Они соберут мусор не только везде, но и качественно и за короткое время. 

Два метода построения карты помещения

На сегодняшний день существует два метода построения карты помещения: с помощью камеры и с помощью лазерного дальномера. Первопроходцем в первом методе стала компания Yujin Robot. Актуальные модели iCLEBO Arte и iCLEBO Omega работают по принципу SLAM.

Робот фотографирует поверхность потолка, стен, дверных проемов и таким образом запоминает маршрут уборки. За iCLEBO подтянулись позднее и другие корейские производители: LG и Samsung. Не так давно была представлена первая подобная модель от американской компании iRobot (модель Roomba 980).

У всех тих роботов примерно один принцип обработки информации, за исключением iCLEBO Omega, которая дополнительно использует фирменную технологию NST. Технология позволяет сравнивать фотографии с камеры и корректировать маршрут по этим данным.

Для обычного пользователя это означает, что робот будет более качественно строить карту помещения, совершать меньше ошибок и покрывать большую площадь уборки. 

Первопроходцем во втором методе построения карты помещения стала американская компания Neato. Все модели оснащены лазерным дальномером, который встраивается в специальную башенку на верхней части корпуса.

Лазерный дальномер замеряет расстояние до предметов на пути пылесоса. В продаже также появился и первый китайский робот-пылесос с лазерным дальномером Xiaomi Mi Robot.

Он копирует у Neato принцип картографии, а у iRobot внешний вид. 

Плюсы и минусы двух типов картографии

Две вышеописанные технологии построения карт помещения имеют свои плюсы и минусы. Правильнее даже сказать так: плюс у них один, роботы-пылесосы запоминают маршрут, знают где убирались, помнят месторасположение базы. А вот минусы разные. 

У роботов с камерой есть один минус – пылесос может терять навигацию в ночное время и в плохо освещенных помещениях. Конечно, маловероятно, что кто-то будет запускать пылесос ночью, но все же этот минус необходимо отметить. 

У роботов с лазерным дальномером также могут быть огрехи навигации. Они проявляются в случаях: 1) если ваша мебель или стены имеют черный цвет 2) если есть зеркало до пола.

Обратите внимание

В первом случае сигнал лазера поглощается темной поверхностью, во втором – робот считает, что за зеркалом есть продолжение квартиры и тщетно пытается пробиться туда. Еще один нюанс – все роботы с лазерным дальномером чуть выше своих конкурентов с камерой.

На практике это означает, что дальномер может помешать пылесосу заехать под диван или кровать. 

Вышеперечисленные минусы не существенные по сравнению с теми достоинствами, которые предлагает робот-пылесос с картографией. 

Как мы уже писали ранее, есть роботы с камерой, есть с лидаром. К роботам с камерой относятся все корейские производители и американский IRobot. Наиболее популярные модели: iCLEBO Omega, iCLEBO Arte, iRobot Roomba 980, Samsung Powerbot, LG Home Bot. Среди роботов пылесосов с лазерным дальномером наиболее популярные модели: Neato D3, Neato D5, Neato Botvac Connected, Xiaomi Mi Robot.

Пробежимся по каждой из моделей, рассмотрим их плюсы и минусы.

iCLEBO Omega

Плюсы: самый мощный робот-пылесос на рынке и, как следствие, наилучшее качество уборки, в том числе и на коврах; как показывает практика самый проходимый робот, способен работать на коврах с большим ворсом; хорошо чистит углы и вдоль стен; очень качественный HEPA-11 фильтр; умеет протирать гладкие полы влажной салфеткой; качественная корейская сборка; резиновая турбощетка не наматывает волос; датчики пыли и типа поверхности, с их помощью робот увеличивает мощность всасывания на коврах.

Минусы: небольшое время уборки (до 80 минут в одном цикле, робот может убирать два цикла подряд); относительно высокий уровень шума; нет таймера по дням недели.

Кратко: iCLEBO Omega на сегодняшний день один из самых эффективных роботов на рынке и подойдет для квартир площадью до 120 кв метров с коврами.

iCLEBO Arte

Плюсы: убирает до 120 минут на 1 зарядке (у Арте также есть два цикла уборки) или 150 кв. метров в одном цикле; работает очень тихо; умеет протирать полы влажной салфеткой; таймер уборки; корейская сборка.

Минусы: низкая эффективность уборки на коврах; нет таймера по дням недели; ворсяная турбощетка может наматывать на себя волосы

Кратко: iCLEBO Arte очень популярная модель на рынке, является лучшим роботом 2015 года. Робот подойдет для больших квартир с преимущественно гладкими полами. 

iRobot Roomba 980

Плюсы: два резиновых валика, на которые наматывается мало волос и их гораздо проще чистить; датчик пыли и типа поверхности, робот трижды проезжает по наиболее загрязненным местам; Wi-Fi управление (удаленный запуск, выбор режимов); емкий пылесборник объемом 1 литр; 120 минут на одной зарядке аккумулятора. 

Минусы: высокая цена; пылесборник нельзя промывать водой, внутри находится мотор; одна боковая щетка, не очень эффективна в углах; очень высокий уровень шума в режиме Turbo.

Кратко: iRobot Roomba 980 подойдет для средних и больших квартир площадью до 150 кв. метров. Справится с уборкой небольших ковровых покрытий с низким ворсом. 

Samsung Powerbot

Плюсы: высокая мощность всасывания; пульт ДУ с лазерной указкой для управления роботом;  емкий пылесборник объемом 0,7 литра; увеличение мощности всасывания на более загрязненных участках

Минусы: очень высокая цена; не очень эффективна в углах из-за отсутствия боковых щеток; очень уровень шума, очень большие габариты для робота, комбинированная щетка наматывает волосы, малое время уборки около 60 минут; слабая сервисная поддержка

Кратко: Samsung Powerbot является прямым конкурентом iCLEBO Omega, также показывает высокое качество уборки, но не способен работать более 60 минут на одной зарядке аккумулятора. Модель завышена в цене в сравнении с другими конкурентами и может быть рекомендована, наверное, только поклонникам этого бренда.

LG Home Bot

Плюсы: благодаря своей квадратной форме хорошо чистит углы; имеет ультразвуковые сенсоры на переднем бампере, что уменьшает количество столкновений; автоматически включает Турбо-режим при заезде на ковры; широкая насадка из микрофибры

Минусы: высокая цена; эффективность уборки ниже, чем у других корейских представителей; комбинированная турбощетка наматывает волосы на себя; слабая сервисная поддержка

Кратко: роботы-пылесосы LG не очень популярны в России, но тем не менее заслуживают внимания. Способны убирать до 150 минут, а значит подойдут для больших помещений. 

Neato Botvac

Плюсы: хорошее качество уборки у любой модели Neato; 2 цикла зарядки (то есть робот сможет убрать очень большие помещения с двумя подзарядками); Wi-Fi управление у моделей D3, D5 и Connected; емкий пылесборник.

Читайте также:  Исследование: к 2025 году искусственный интеллект будет выполнять 50 процентов всей работы

Минусы: высокая цена; модель D3 без боковой щетки и не полностью очищает вдоль стен; дорогие расходные материалы.

Кратко: Neato всегда отличались хорошим качеством уборки, но при этом достаточно высокой ценой. Наиболее оптимальный выбор – модель Neato D5. Она совмещает в себе Wi-Fi управление, продолжительное время уборки и наличие боковой щетки.

Xiaomi Mi Robot

Плюсы: невысокая цена, Wi-Fi управление + отображение плана карты помещения; относительно низкий уровень шума; большое время работы до 150 минут.

Минусы: очень маленький объем пылесборника (0,3 литра); комбинированная щетка наматывает волосы; полностью отсутствует поддержка в России (приложение на китайском языке. нет гарантии, нет расходных материалов); не очень высокое качество уборки; низкая проходимость через пороги.

Кратко: XIaomi выпустили пылесос, сочетающий в себе навигацию Neato и внешний вид Roomba. Лаконичный внешний вид, Wi-Fi и невысокая цена – отличительные черты данной модели, но обратная сторона медали – невысокое качество уборки мелкого мусора и полное отсутствие поддержки в России

Ниже представлено хорошее сравнение ТОПовых роботов-пылесосов с навигацией от канала Geek to The Future

Источник: https://qrobot.ru/camera_robot

Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования в условиях замкнутого пространства

Белоногов А. В. Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования в условиях замкнутого пространства [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2016 г.). — СПб.: Свое издательство, 2016. — С. 40-42. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/166/10779/ (дата обращения: 26.02.2019).



Ключевые слова: навигация, позиционирование в условиях замкнутого пространства, классификация систем навигации

По данным аналитического исследования национальной ассоциации участников рынка робототехники в сегменте сервисных персональных роботов наблюдается стабильный рост. Так, в 2014 г. количество проданных роботов достигло 4,7 млн., что на 28 % больше результатов предыдущего года. Объем продаж достиг отметки $ 2,2 млрд [1].

Персональные сервисные роботы, например, роботы-пылесосы, наиболее часто применяются в бытовых помещениях, то есть в замкнутом пространстве.

Одна из актуальных проблем использования роботов — это автономный, принятый без участия человека, выбор маршрута роботом. Основанием для выбора служит самостоятельный анализ ситуации.

Навигация робота в пространстве — это комбинация выше озвученных задач.

Для решения задачи анализа, или позиционирования, используются определенный набор технических средств. Его использование решает данную задачу для определенных условий.

В состав используемых средств входит логический узел (программируемый логический контроллер, ЭВМ), а также набор датчиков.

Датчики, или сенсоры, позволяют получить информацию об окружающей среде, например, расстояние до препятствия, на основании полученных данных управляющая система производит управление исполнительными устройствами (эффекторами) робота. Принципиальная схема представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Базовые элементы роботизированных систем

Модули навигации, представленные на рынке

На рынке существуют готовые модули, решающие задачи позиционирования, но как правило, они направлены под строго определенный тип как условий, так и самого робота. Готовые решения имеют такие ограничения как скорость передвижения, максимально допустимые ускорения, габариты платформы и т. д. [2]

Важно

Наибольшую ценность в готовых решениях имеют используемые алгоритмы работы. Но в абсолютном большинстве случаев они закрыты для общего доступа. Кроме этого, программное обеспечение также имеет индивидуальный характер, применимый для определенных условий.

Таким образом, не существует готовых, универсальных решений для решения проблем навигации и как правило системы навигации разрабатываются индивидуально для используемого робота или условий среды.

Анализ систем навигации робота

При оценке методов навигации следует в первую очередь учитывать точность позиционирования. Так, принято считать, что допустимая ошибка при определении координат робота — это величина, значение которой не больше половины от минимальных габаритов робота.

Кроме того, в условиях замкнутого пространства существует множество помех, таких как проблемы с отражением сигналов, неровности освещения и т. д. В этом случае среда вносит принципиальную неточность и неопределенность в каналы связи.

В таких обстоятельствах стоит учитывать способность систем работать в условиях зашумлённой среды [3].

Классификация систем

В зависимости от классификации выделяют несколько видов навигационных систем. Для движения по заданной траектории, обхода препятствий, что вероятно в бытовых условиях, предлагается выделить четыре вида навигационных систем: глобальная система, локальная, персональная и автономная системы.

Глобальная система

Задача глобальной системы — определение абсолютных координат, т. е. широты и долготы. Это такие системы как GPS, RTK-GPS, Глонасс, которые используют спутники для позиционирования.

Точность таких систем зависит от множества факторов, но в условиях, близких к идеальным наиболее развитая из данных систем, GPS, способна обеспечить точность с ошибкой в пределах 60–90 см [4].

Совет

Применение систем глобального позиционирования осложняется их зависимостью от условий использования. Затруднительно или невозможно использовать данные системы внутри зданий, подземных сооружениях и т. д.

Таким образом, использование глобальных систем позиционирования имеет смысл при следовании по достаточно длинным маршрутам. Считается также, что чем крупнее робот, тем важнее для него применение глобального позиционирования [5].

Персональная система

Персональная система применяется при позиционировании отдельных частей робота и взаимодействии с близлежащими предметами. Такая направленность важна для устройств, имеющих манипуляторы [6].

Такие системы применяются для позиционирования в пределах какой-либо конкретной территории, например, для навигации робота-сборщика. Также персональные системы навигации применяются для следования по заданной линии, при движении по меткам.

Применение на практике данных систем позиционирования осложняется их узкой направленностью под заданную местность, они плохо адаптируются под изменённые условия и достаточно дороги. Их применение целесообразно для работы в пределах конкретной территории.

Автономная система

В рамках автономной системы навигации применяются гироскопы, цифровые компасы.

Существенным недостатком таких систем является их чувствительность к неравномерностям поверхности: наклонам, кочкам и т. д. Это вносит определенные ограничения на их использование.

Автономные системы навигации находят применение в условиях, когда передача или прием сигналов извне затруднен или невозможен [7]. Этот аспект важен для замкнутых пространств, так как, как было сказано выше, они имеют повышенную зашумленность среды.

Локальная система

Локальные системы используют для позиционирования некоторую точку, обычно стартовую. Данные системы могут применяться на относительно больших локациях, например, для тактических беспилотных самолетов, работающих в рамках известной территории. Система навигации A-GPS, использующая для позиционирования сотовые сети, также является локальной.

В условиях замкнутого пространства целесообразно применение локальной системы позиционирования. В настоящее время наиболее часто применяются системы, использующие дальномеры: лазерные, инфракрасные, ультразвуковые и т. д.

Существует довольно много методов обработки информации, поступающей от дальномеров, вот некоторые из них.

Гистограмма векторного поля

Данный метод нашел применение в скоростных системах. Основные его преимущества — быстродействие, нечувствительность к ошибкам и надежность [8].

Потенциальное поле

Обратите внимание

Использование этого метода эффективно в динамической среде. Преимуществом данного метода является автоматический выбор траектории [9]

Диаграмма близких расстояний

Применяется в условиях малых расстояний между объектами, высокой активности окружающей среды и сложных траекторий [10].

Тангенциальное избегание

Метод тангенциального избегания — наиболее эффективный и точный метод из выше перечисленных для навигации робота в среде движущихся и деформируемых препятствий [11].

Заключение

Были проанализированы основные методы решения проблемы навигации роботизированных платформ. Из рассмотренных методов для условий замкнутого пространства подходит использование локальных систем позиционирования.

Основным преимуществом таких методов является высокая точность, а также работа в условиях высокой зашумленности окружающей среды. Среди методов локальной навигации предлагается использовать метод тангенциального избегания, как наиболее универсального.

Использование данного метода оправдано как в статической среде, так и в условиях движущихся или деформирующихся препятствий.

Применение только автономной системы навигации не позволяет прокладывать маршрут в условиях изменчивой окружающей среды.

Использование оставшихся методов позиционирования, персональных и локальных систем, нецелесообразно или невозможно в заданных условиях.

Литература:

  1. Аналитическое исследование: мировой рынок робототехники // Национальная Ассоциация Участников Рынка Робототехники. — URL: http://robotforum.ru/assets/files/000_News/NAURR-Analiticheskoe-issledovanie-mirovogo-rinka-robototehniki-(yanvar-2016).pdf
  2. Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования в лесной местности. / Черных А. А. //Международный научно-исследовательский журнал
  3. Система навигации мобильного робота // В. Э. Карпов, М. В. Платонова — URL: http://robofob.ru/materials/articles/pages/Platonova2.doc
  4. GPS: принципы работы системы и точность определения координат — URL: http://sts-51.ru/index.php/navigatsiya/materials-about/73-fort-news3
  5. Навигация мобильных роботов. // Бобровский С. В. — URL: http://www.computer-museum.ru/frgnhist/robonav.htm
  6. Проектирование манипулятора. // Сороков А. С.: http://www.bestreferat.ru/referat-32073.html
  7. Повышение точности корректируемой инерциальной навигационной системы. / Васильев П. В., Мелешко А. В., Пятков В. В. // Приборостроение.
  8. THE VECTOR FIELD HISTOGRAM FAST OBSTACLE AVOIDANCE FOR MOBILE ROBOTS / J. Borenstein, Y. Koren // IEEE Journal of Robotics and Automation
  9. Time-optimal sliding-mode control of a mobile robot in a dynamic environment / Matteo Rubagotti, Marco L. Della Vedova, Antonella Ferrara// IET Control Theory and Applications
  10. Nearness Diagram (ND) Navigation: CollisionAvoidance in Troublesome Scenarios. / J.Minguez, L. Montano, // IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION
  11. Движение робота к точке с заданными координатами. — URL: http://www.pvsm.ru/matematika/113238

Основные термины (генерируются автоматически): замкнутое пространство, система, GPS, глобальная система, автономная система навигации, окружающая среда, тангенциальное избегание, глобальное позиционирование, персональная система, автономная система.

Автономная система ориентирования беспилотного летательного… GPS, формат, система, дальномер, эталонное изображение, трехмерная сцена, авиационная техника, беспилотный летательный аппарат

Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования

NAVSTAR GPSсистема спутниковой навигации (глобальная система.

и большие погрешности GPS-координат, в виду технических недостатков системы GPSпозиционирования.

Важно

Для определения местоположения и управления полётом БЛА используются американская система глобального позиционирования GPS, российский аналог — ГЛОНАСС, которые обеспечивают высокую навигационную точность.

Американская система позиционирования GPS по своим функциональным возможностям аналогична российской системе ГЛОНАСС.

Система GPS разработана для Министерства обороны США и находится под его управлением.

Автономная система позиционирования в составе управления… Автономная система ориентирования беспилотного летательного аппарата: состав и схема функционирования в формате 3D.

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, спутник, система, сигнал, орбит, AGPS, спутниковая система навигации, трехмерное пространство, спутниковая навигация, GSM.

Автономная система ориентирования беспилотного летательного…

Наиболее популярный подход для решения проблемы навигации заключается в загрузке в запоминающее устройство робота локальной карты местности и в снабжении робота системой спутникового позиционирования [1]. Но при таком решении задачи навигации, система

Автономная система позиционирования в составе управления… Одной из основных задач решаемой системой управления многоцелевой мобильной платформы [2] является позиционирования автономного аппарата.

Источник: https://moluch.ru/conf/tech/archive/166/10779/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector