مع التحسين المستمر لتكنولوجيا الاستشعار والتكنولوجيا الذكية وتكنولوجيا الحوسبة ، سيكون الروبوت المحمول الذكي قادرا على لعب دور بشري في الإنتاج والحياة. فما هي الجوانب الرئيسية لتكنولوجيا تحديد المواقع الروبوت المحمول؟ وتخلص إلى أن الروبوتات المتنقلة لديها في الوقت الحاضر أساسا هذه التكنولوجيات الخمس لتحديد المواقع.
الملاحة بالموجات فوق الصوتية وتكنولوجيا تحديد المواقع للروبوت المحمول
مبدأ العمل الملاحة بالموجات فوق الصوتية وتحديد المواقع هو أيضا مماثلة لتلك التي من الليزر والأشعة تحت الحمراء. عادة، تنبعث موجة بالموجات فوق الصوتية من التحقيق الإرسال من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، وموجة بالموجات فوق الصوتية يعود إلى الجهاز المتلقي عند مواجهة العقبات في المتوسط.
عن طريق تلقي إشارة انعكاس بالموجات فوق الصوتية المرسلة من تلقاء نفسها، وحساب المسافة انتشار ق وفقا لفارق التوقيت وسرعة انتشار الإرسال بالموجات فوق الصوتية واستقبال صدى، يمكن الحصول على المسافة من العقبة إلى الروبوت، وهذا هو، هناك صيغة: S = TV / 2، التي T - الفرق الزمني بين الإرسال بالموجات فوق الصوتية والاستقبال. V - سرعة موجة من الموجات فوق الصوتية نشر في المتوسط.
وبطبيعة الحال، تستخدم العديد من الروبوتات المتنقلة أجهزة نقل واستقبال منفصلة في تكنولوجيا الملاحة وتحديد المواقع. يتم ترتيب أجهزة استقبال متعددة في الخريطة البيئية ، ويتم تثبيت تحقيقات الإرسال على الروبوت المحمول.
في الملاحة وتحديد المواقع من الروبوتات المتنقلة، فإنه من الصعب الحصول على معلومات البيئة المحيطة بها بشكل كامل بسبب عيوب أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، مثل انعكاس الطيفي وزاوية شعاع محدودة. لذلك ، عادة ما يستخدم نظام الاستشعار بالموجات فوق الصوتية المكون من أجهزة استشعار متعددة لإنشاء نموذج البيئة المقابلة ، ويتم نقل المعلومات التي يجمعها المستشعر إلى نظام التحكم للروبوت المحمول من خلال الاتصالات التسلسلية. ثم يعتمد نظام التحكم خوارزمية معينة لمعالجة البيانات المقابلة وفقا للإشارة التي تم جمعها والنموذج الرياضي المعمول به ، ويمكن الحصول على معلومات بيئة الموقف للروبوت.
بسبب مزايا منخفضة التكلفة، ومعدل الحصول على المعلومات بسرعة وعالية النطاق القرار، وقد استخدمت على نطاق واسع الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في الملاحة وتحديد المواقع من الروبوت المحمول لفترة طويلة. وعلاوة على ذلك، فإنه لا يحتاج إلى تكنولوجيا الصور المعقدة عند جمع المعلومات البيئية، لذلك لديها سرعة سريعة المدى وأداء جيد في الوقت الحقيقي.
تكنولوجيا الملاحة وتحديد المواقع البصرية للروبوت المحمول
في نظام الملاحة وتحديد المواقع البصرية، يتم استخدام وضع الملاحة لتركيب كاميرا السيارة في الروبوت على أساس الرؤية المحلية على نطاق واسع في الداخل والخارج. في وضع التنقل هذا، يتم تحميل معدات التحكم وأجهزة الاستشعار على جسم الروبوت، ويتم الانتهاء من القرارات رفيعة المستوى مثل التعرف على الصور وتخطيط المسار من قبل جهاز الكمبيوتر التحكم على متن الطائرة.
يتضمن نظام الملاحة وتحديد المواقع المرئي بشكل رئيسي: الكاميرا (أو مستشعر صورة CCD) ومعدات رقمنة إشارة الفيديو ومعالج الإشارات السريعة استنادا إلى DSP والكمبيوتر والأجهزة الطرفية الخاصة به ، وما إلى ذلك. في الوقت الحاضر ، تستخدم العديد من أنظمة الروبوت مستشعرات صورة CCD. العنصر الأساسي هو صف من عناصر التصوير السيليكون. يتم تكوين العناصر الحساسة للضوء وأجهزة نقل الشحن على ركيزة. من خلال النقل التسلسلي للرسوم ، يتم إخراج إشارات الفيديو من وحدات بكسل متعددة من مشاركة الوقت وتسلسل. على سبيل المثال، يمكن أن تكون دقة الصورة التي تم جمعها بواسطة مستشعر CCD من 32 × 32 إلى 1024 × 1024 بكسل، إلخ.
مبدأ العمل من نظام الملاحة وتحديد المواقع البصرية هو ببساطة لمعالجة بصريا البيئة حول الروبوت. أولا، يتم استخدام الكاميرا لجمع معلومات الصورة، وضغط المعلومات التي تم جمعها، ومن ثم إطعامها مرة أخرى إلى نظام فرعي التعلم تتألف من الشبكة العصبية والأساليب الإحصائية، ثم النظام الفرعي التعلم يربط معلومات الصورة التي تم جمعها مع الموقف الفعلي للروبوت لإكمال الملاحة المستقلة وتحديد المواقع وظيفة الروبوت.
نظام تحديد المواقع العالمي
في الوقت الحاضر ، في تطبيق تكنولوجيا الملاحة وتحديد المواقع الذكية للروبوت ، يتم اعتماد طريقة تحديد المواقع الديناميكية التفاضلية الزائفة. ويستخدم المستقبل المرجعي والمتلقي الدينامي لمراقبة أربعة سواتل لتحديد المواقع معا، ويمكن الحصول على إحداثيات موضع الروبوت ثلاثية الأبعاد في وقت ولحظة معينتين وفقا لموارزمية معينة. تحديد المواقع الديناميكية التفاضلية يزيل خطأ ساعة القمر الصناعي. بالنسبة للمستخدمين على بعد 1000 كم من المحطة المرجعية ، فإنه يمكن القضاء على خطأ ساعة القمر الصناعي وخطأ tropospheric ، لذلك يمكن أن يحسن بشكل كبير دقة تحديد المواقع الديناميكية.
غير أن دقة تحديد المواقع في جهاز استقبال GPS المتنقل تتأثر، في الملاحة المتنقلة، بظروف الإشارة الساتلية وبيئة الطريق، فضلا عن الخطأ على مدار الساعة، وخطأ الانتشار، وضوضاء المستقبل، وعوامل أخرى كثيرة. ولذلك، فإن دقة تحديد المواقع وموثوقية الملاحة GPS وحدها منخفضة. لذلك، البوصلة المغناطيسية وقرص الشفرة الضوئية وبيانات GPS للملاحة. بالإضافة إلى ذلك، نظام الملاحة GPS غير مناسب للملاحة الروبوت داخلي أو تحت الماء وأنظمة الروبوت مع دقة موقف عالية.
تكنولوجيا الملاحة وتحديد المواقع للانعكاس البصري للروبوت المتنقل
تستخدم طريقة التنقل وتحديد المواقع النموذجية للانعكاس البصري مستشعر الليزر أو الأشعة تحت الحمراء لقياس المسافة. يستخدم كل من الليزر والأشعة تحت الحمراء تقنية انعكاس الضوء للملاحة وتحديد المواقع.
يتكون نظام تحديد المواقع العالمي بالليزر بشكل عام من آلية تدوير الليزر والمرآة وجهاز الاستقبال الكهروضوئي وجهاز الحصول على البيانات ونقلها.
أثناء التشغيل ، ينبعث الليزر إلى الخارج من خلال آلية المرآة الدوارة. عندما يتم مسح علامة الطريق التعاونية المكونة من عاكس عكسي ، تتم معالجة الضوء المنعكس من قبل المتلقي الكهروضوئي كإشارة كشف ، وبدء برنامج الحصول على البيانات ، وقراءة بيانات قرص التعليمات البرمجية للآلية الدوارة (قيمة الزاوية المقاسة للهدف) ، ثم إرسالها إلى الكمبيوتر العلوي لمعالجة البيانات من خلال الاتصال ، ووفقا لموقع علامة الطريق المعروفة والمعلومات المكتشفة، يمكن حساب الموقع الحالي للمستشعر واتجاهه في نظام تنسيق إشارات الطرق، وذلك لتحقيق الغرض من المزيد من الملاحة وتحديد المواقع.
الليزر تتراوح مزايا شعاع ضيق، التوازي جيدة، وتشتت صغيرة وارتفاع نطاق القرار الاتجاه، ولكن أيضا منزعج إلى حد كبير من العوامل البيئية. ولذلك، كيفية denoise إشارة التي تم جمعها عند استخدام الليزر تتراوح هو أيضا مشكلة كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مناطق عمياء في نطاق الليزر ، لذلك من الصعب تحقيق الملاحة وتحديد المواقع عن طريق الليزر وحده ، في التطبيقات الصناعية ، يتم استخدامه بشكل عام في الكشف عن المجال الصناعي ضمن نطاق معين ، مثل الكشف عن تشققات خطوط الأنابيب.
وغالبا ما تستخدم تكنولوجيا الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء في نظام تجنب عقبة الروبوت متعددة المفاصل لتشكيل مساحة كبيرة من الروبوت "الجلد الحساس"، الذي يغطي سطح الذراع الروبوت ويمكن الكشف عن الكائنات المختلفة التي واجهتها في تشغيل الذراع الروبوت.
يتضمن مستشعر الأشعة تحت الحمراء النموذجي صماما ثنائيا منبعثا للضوء في الحالة الصلبة يمكنه انبعاث ضوء الأشعة تحت الحمراء وم الثنائي الضوئي الصلب المستخدم كجهاز استقبال. وتنتقل الإشارة المعدلة بواسطة أنبوب انبعاث الضوء بالأشعة تحت الحمراء، ويتلقى الأنبوب الضوئي بالأشعة تحت الحمراء الإشارة المعدلة بالأشعة تحت الحمراء التي يعكسها الهدف. ويضمن القضاء على تداخل الأشعة تحت الحمراء المحيطة عن طريق تعديل إشارة ومرشح الأشعة تحت الحمراء الخاصة. اسمحوا إشارة الإخراج VO تمثل الناتج الجهد من شدة الضوء المنعكس، ثم VO هو وظيفة من المسافة بين المسبار والشغل: VO = و (س، ف)، حيث ف - معامل انعكاس الشغل. P يرتبط لون السطح وخشونة الهدف. X - المسافة بين المسبار والشغل.
عندما يكون الشغل هدفا مشابها بنفس قيمة p ، فإن X و VO يتوافقان واحدا تلو الآخر. ويمكن الحصول على X من خلال الاستيفاء من البيانات التجريبية لقياس القرب من أهداف مختلفة. وبهذه الطريقة، يمكن قياس موضع الروبوت من الجسم المستهدف عن طريق مستشعر الأشعة تحت الحمراء، ومن ثم يمكن التنقل في الروبوت المحمول ووضعها من خلال طرق أخرى لمعالجة المعلومات.
على الرغم من أن تحديد المواقع استشعار الأشعة تحت الحمراء لديها أيضا مزايا حساسية عالية، وهيكل بسيط وتكلفة منخفضة، وذلك بسبب دقة زاوية عالية ودقة المسافة المنخفضة، وغالبا ما تستخدم كأجهزة استشعار القرب في الروبوتات المتنقلة للكشف عن اقتراب أو عقبات الحركة المفاجئة، وهو أمر مريح للناس الروبوت لوقف العقبات في حالات الطوارئ.
سلام التكنولوجيا
تعتمد معظم شركات روبوت الخدمة الرائدة في الصناعة تقنية البطولات الاربع. ما هي تكنولوجيا البطولات الاربع؟ باختصار، تشير تقنية slam إلى العملية الكاملة لتحديد مواقع الروبوت ورسم الخرائط وتخطيط المسار في بيئة غير معروفة.
البطولات الاربع (التعريب ورسم الخرائط في وقت واحد) ، منذ أن اقترح في عام 1988 ، ويستخدم أساسا لدراسة ذكاء حركة الروبوت. بالنسبة للبيئة الداخلية غير المعروفة تماما ، والمجهزة بأجهزة استشعار أساسية مثل ليدار ، يمكن أن تساعد تقنية slam الروبوت في بناء خريطة بيئة داخلية ومساعدة الروبوت على المشي بشكل مستقل.
يمكن وصف مشكلة SLAM على النحو التالي: يبدأ الروبوت في الانتقال من موقع غير معروف في بيئة غير معروفة ، ويحدد موقع نفسه وفقا لتقدير الموضع وبيانات الاستشعار ، ويبني خريطة تدريجية في نفس الوقت.
وتشمل نهج تنفيذ تكنولوجيا البطولات الاربع أساسا vSLAM، واي فاي البطولات الاربع والبطولات الاربع ليدار.
1. VSLAM (البطولات الاربع البصرية)
وهو يشير إلى الملاحة والاستكشاف مع كاميرات العمق مثل الكاميرا وكينيكت في البيئة الداخلية. مبدأ عملها هو ببساطة لتنفيذ المعالجة البصرية على البيئة المحيطة الروبوت. أولا، يتم استخدام الكاميرا لجمع معلومات الصورة، وضغط المعلومات التي تم جمعها، ومن ثم إطعامها مرة أخرى إلى نظام فرعي التعلم تتألف من الشبكة العصبية والأساليب الإحصائية، ومن ثم النظام الفرعي التعلم يربط معلومات الصورة التي تم جمعها مع الموقف الفعلي للروبوت، واستكمال الملاحة المستقلة وتحديد المواقع وظيفة الروبوت.
ومع ذلك ، فإن vSLAM داخلي لا يزال في مرحلة البحث وبعيدة عن التطبيق العملي. فمن ناحية، فإن مقدار الحساب كبير جدا، الأمر الذي يتطلب أداء عاليا لنظام الروبوت؛ من ناحية أخرى، لا يمكن استخدام الخرائط التي تم إنشاؤها بواسطة vSLAM (معظمها سحب نقطة) لتخطيط مسار الروبوت، والتي تحتاج إلى مزيد من الاستكشاف والبحث.
2.Wifi-SLAM
وهو يشير إلى استخدام مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار في الهواتف الذكية لتحديد المواقع، بما في ذلك واي فاي، ونظام تحديد المواقع، والجيروسكوب، والتسارع ومقياس المغنطيسية، ورسم خريطة داخلية دقيقة من البيانات التي تم الحصول عليها من خلال التعلم الآلي، والتعرف على الأنماط وغيرها من الخوارزميات. تم الاستحواذ على مزود هذه التكنولوجيا من قبل شركة آبل في عام 2013. ومن غير المعروف ما إذا كانت أبل قد طبقت تقنية البطولات الاربع واي فاي على اي فون، بحيث جميع مستخدمي اي فون ما يعادل حمل الروبوت الرسم الصغيرة. ليس هناك شك في أن تحديد المواقع بدقة أكبر لا يؤدي فقط إلى الخريطة ، ولكن أيضا يجعل جميع التطبيقات المعتمدة على الموقع (LBS) أكثر دقة.
3.Lidar SLAM
وهو يشير إلى استخدام ليدار كمستشعر للحصول على بيانات الخريطة ، بحيث يمكن للروبوت تحقيق تحديد المواقع المتزامن وبناء الخرائط. وفيما يتعلق بالتكنولوجيا نفسها، فقد كانت ناضجة تماما بعد سنوات من التحقق، ولكن الاختناق في التكلفة العالية لليدار يحتاج إلى حل عاجل.
تستخدم سيارات Google بدون سائق هذه التقنية. الليدار المثبتة على السطح يأتي من شركة velodyne من الولايات المتحدة وتبيع لأكثر من 70000 دولار. يمكن لهذا الليدار أن ينبعث منه 64 شعاع ليزر إلى المناطق المحيطة عند الدوران بسرعة عالية. عندما يلمس الليزر الأجسام المحيطة ويعود، فإنه يمكن حساب المسافة بين جسم السيارة والكائنات المحيطة بها. ثم يرسم نظام الكمبيوتر خريطة طوبوغرافية ثلاثية الأبعاد دقيقة وفقا لهذه البيانات، ثم يجمعها مع الخريطة عالية الدقة لتوليد نماذج بيانات مختلفة لنظام الكمبيوتر على متن الطائرة. تمثل ليدار نصف تكلفة السيارة بأكملها، والتي قد تكون أيضا أحد الأسباب التي تجعل مركبات Google غير المأهولة غير قادرة على الإنتاج الضخم.
ليدار لديه خصائص المباشرة القوية، والتي يمكن أن تضمن فعالية دقة الملاحة والتكيف مع البيئة الداخلية. ومع ذلك ، لم يكن أداء lidar slam جيدا في مجال الملاحة الداخلية للروبوت ، لأن سعر الليدار مكلف للغاية.