Com a melhoria contínua da tecnologia de detecção, tecnologia inteligente e tecnologia de computação, o robô móvel inteligente será capaz de desempenhar um papel humano na produção e na vida. Então, quais são os principais aspectos da tecnologia de posicionamento de robôs móveis? Conclui-se que, atualmente, os robôs móveis possuem principalmente essas cinco tecnologias de posicionamento.
Navegação ultrassônica e tecnologia de posicionamento para robô móvel
O princípio de funcionamento da navegação e posicionamento ultrassônico também é semelhante ao do laser e infravermelho. Normalmente, a onda ultrassônica é emitida pela sonda de transmissão do sensor ultrassônico, e a onda ultrassônica retorna ao dispositivo receptor ao encontrar obstáculos no meio.
Ao receber o sinal ultrassônico de reflexão transmitido por ele mesmo, e calcular a distância de propagação s de acordo com a diferença de tempo e velocidade de propagação da transmissão ultrassônica e recepção do eco, pode-se obter a distância do obstáculo ao robô, ou seja, existe uma fórmula : S=TV / 2, em que T - diferença de tempo entre a transmissão e recepção ultrassônica; V - velocidade da onda ultrassônica propagando-se no meio.
Obviamente, muitos robôs móveis usam dispositivos de transmissão e recepção separados em tecnologia de navegação e posicionamento. Vários dispositivos de recepção são organizados no mapa ambiental e sondas de transmissão são instaladas no robô móvel.
Na navegação e posicionamento de robôs móveis, é difícil obter totalmente as informações do ambiente circundante devido aos defeitos dos sensores ultrassônicos, como reflexão especular e ângulo de feixe limitado. Portanto, o sistema de sensor ultrassônico composto por vários sensores é normalmente utilizado para estabelecer o modelo de ambiente correspondente. As informações coletadas pelo sensor são transmitidas ao sistema de controle do robô móvel por meio de comunicação serial. Em seguida, o sistema de controle adota um determinado algoritmo para processar os dados correspondentes de acordo com o sinal coletado e o modelo matemático estabelecido, e as informações do ambiente de posição do robô podem ser obtidas.
Por causa das vantagens de baixo custo, rápida taxa de aquisição de informações e alta resolução de alcance, o sensor ultrassônico tem sido amplamente utilizado na navegação e posicionamento de robôs móveis por um longo tempo. Além disso, não precisa de tecnologia de imagem complexa ao coletar informações ambientais, por isso tem velocidade de alcance rápida e bom desempenho em tempo real.
Navegação visual e tecnologia de posicionamento de robô móvel
No sistema de navegação visual e posicionamento, o modo de navegação de instalação da câmera do veículo no robô com base na visão local é amplamente utilizado em casa e no exterior. Neste modo de navegação, o equipamento de controle e dispositivos de detecção são carregados no corpo do robô, e as decisões de alto nível, como reconhecimento de imagem e planejamento de caminho, são concluídas pelo computador de controle de bordo.
O sistema de navegação e posicionamento visual inclui principalmente: câmera (ou sensor de imagem CCD), equipamento de digitalização de sinal de vídeo, processador de sinal rápido baseado em DSP, computador e seus periféricos, etc. Atualmente, muitos sistemas de robô usam sensores de imagem CCD. O elemento básico é uma fileira de elementos de imagem de silício. Elementos fotossensíveis e dispositivos de transferência de carga são configurados em um substrato. Por meio da transferência sequencial de cargas, os sinais de vídeo de vários pixels são retirados por compartilhamento de tempo e sequencialmente. Por exemplo, a resolução da imagem coletada pelo sensor CCD de área pode ser de 32 × 32 a 1024 × 1024 pixels, etc.
O princípio de funcionamento do sistema de navegação visual e posicionamento é simplesmente processar opticamente o ambiente ao redor do robô. Primeiro, a câmera é usada para coletar as informações da imagem, comprimir as informações coletadas e, em seguida, alimentá-las de volta para um subsistema de aprendizagem composto de rede neural e métodos estatísticos. Em seguida, o subsistema de aprendizagem conecta as informações da imagem coletada com a posição real do robô para completar a navegação autônoma e a função de posicionamento do robô.
Sistema de Posicionamento Global
Hoje em dia, na aplicação da tecnologia de navegação e posicionamento de robôs inteligentes, o método de posicionamento dinâmico diferencial de pseudo-faixa é geralmente adotado. O receptor de referência e o receptor dinâmico são usados para observar quatro satélites GPS juntos, e as coordenadas de posição tridimensional do robô em um determinado momento e momento podem ser obtidas de acordo com um determinado algoritmo. O posicionamento dinâmico diferencial elimina o erro do relógio do satélite. Para usuários de 1000 km de distância da estação de referência, ele pode eliminar o erro do relógio do satélite e o erro troposférico, de modo que pode melhorar significativamente a precisão do posicionamento dinâmico.
No entanto, na navegação móvel, a precisão do posicionamento do receptor GPS móvel é afetada pelas condições do sinal do satélite e pelo ambiente da estrada, bem como pelo erro do relógio, erro de propagação, ruído do receptor e muitos outros fatores. Portanto, a precisão do posicionamento e a confiabilidade da navegação GPS sozinhas são baixas. Portanto, bússola magnética e disco de código óptico e dados de GPS para navegação. Além disso, o sistema de navegação GPS não é adequado para navegação de robô interna ou subaquática e sistemas de robô com alta precisão de posição.
Navegação óptica de reflexão e tecnologia de posicionamento para robô móvel
O método típico de navegação e posicionamento por reflexão óptica usa principalmente laser ou sensor infravermelho para medir a distância. Tanto o laser quanto o infravermelho usam tecnologia de reflexão de luz para navegação e posicionamento.
O sistema de posicionamento global a laser é geralmente composto de mecanismo de rotação do laser, espelho, dispositivo de recepção fotoelétrico e dispositivo de aquisição e transmissão de dados.
Durante a operação, o laser é emitido para fora através do mecanismo de espelho giratório. Quando o sinal de estrada cooperativo composto de refletor reverso é varrido, a luz refletida é processada pelo receptor fotoelétrico como o sinal de detecção, inicie o programa de aquisição de dados, leia os dados do disco de código do mecanismo de rotação (o valor do ângulo medido do alvo) e, em seguida, transmiti-lo para o computador superior para processamento de dados por meio de comunicação, de acordo com a posição conhecida e as informações detectadas do sinal de trânsito, a posição atual e a direção do sensor no sistema de coordenadas do sinal de trânsito podem ser calculadas, de modo a atingir o propósito de maior navegação e posicionamento.
O alcance do laser tem as vantagens de feixe estreito, bom paralelismo, pequeno espalhamento e alta resolução de direção de alcance, mas também é muito perturbado por fatores ambientais. Portanto, como diminuir o ruído do sinal coletado ao usar o alcance do laser também é um grande problema. Além disso, existem áreas cegas no alcance do laser, por isso é difícil realizar a navegação e o posicionamento apenas pelo laser. Em aplicações industriais, é geralmente usado na detecção de campo industrial dentro de uma faixa específica, como na detecção de rachaduras em dutos.
A tecnologia de detecção infravermelha é frequentemente usada no sistema de prevenção de obstáculos de robô multi-joint para formar uma grande área de robô &; pele sensível &, que cobre a superfície do braço do robô e pode detectar vários objetos encontrados na operação de braço do robô.
Um sensor infravermelho típico inclui um diodo emissor de luz de estado sólido que pode emitir luz infravermelha e um fotodiodo de estado sólido usado como receptor. O sinal modulado é transmitido pelo tubo emissor de luz infravermelha, e o tubo fotossensível infravermelho recebe o sinal modulado infravermelho refletido pelo alvo. A eliminação da interferência da luz infravermelha ambiente é garantida pela modulação do sinal e filtro infravermelho especial. Deixe o sinal de saída VO representar a tensão de saída da intensidade da luz refletida, então VO é uma função da distância entre a sonda e a peça de trabalho: VO=f (x, P), onde p - o coeficiente de reflexão da peça de trabalho. P está relacionado com a cor da superfície e aspereza do alvo. X - distância entre a sonda e a peça de trabalho.
Quando a peça de trabalho é um alvo semelhante com o mesmo valor p, X e VO correspondem um a um. X pode ser obtido interpolando os dados experimentais de medição de proximidade de vários alvos. Desta forma, a posição do robô em relação ao objeto alvo pode ser medida por sensor infravermelho, e então o robô móvel pode ser navegado e posicionado por outros métodos de processamento de informação.
Embora o posicionamento do sensor infravermelho também tenha as vantagens de alta sensibilidade, estrutura simples e baixo custo, por causa de sua alta resolução de ângulo e baixa resolução de distância, eles são frequentemente usados como sensores de proximidade em robôs móveis para detectar se aproximando ou obstáculos de movimento repentino, o que é conveniente para que o pessoal do robô pare os obstáculos em uma emergência.
Tecnologia Slam
A maioria das empresas de robôs de serviço líderes da indústria adota a tecnologia slam. O que é tecnologia slam? Em suma, a tecnologia slam se refere a todo o processo de posicionamento, mapeamento e planejamento de caminho do robô em um ambiente desconhecido.
Slam (localização e mapeamento simultâneos), desde que foi proposto em 1988, é usado principalmente para estudar a inteligência do movimento do robô. Para um ambiente interno completamente desconhecido, equipado com sensores de núcleo como lidar, a tecnologia slam pode ajudar o robô a construir um mapa do ambiente interno e ajudá-lo a caminhar de forma independente.
O problema SLAM pode ser descrito como: o robô começa a se mover de uma posição desconhecida em um ambiente desconhecido, localiza-se de acordo com a estimativa de posição e os dados do sensor e constrói um mapa incremental ao mesmo tempo.
As abordagens de implementação da tecnologia slam incluem principalmente vSLAM, WiFi slam e lidar slam.
1. VSLAM (SLAM visual)
Refere-se à navegação e exploração com câmeras de profundidade, como câmera e Kinect em ambiente interno. Seu princípio de funcionamento é simplesmente realizar o processamento óptico no ambiente ao redor do robô. Em primeiro lugar, a câmera é usada para coletar as informações da imagem, comprimir as informações coletadas e, em seguida, alimentá-las de volta para um subsistema de aprendizagem composto de rede neural e métodos estatísticos e, em seguida, o subsistema de aprendizagem conecta as informações da imagem coletada com a posição real do robô, completa a navegação autônoma e a função de posicionamento do robô.
No entanto, o vSLAM indoor ainda está em fase de pesquisa e está longe da aplicação prática. Por um lado, a quantidade de cálculo é muito grande, o que requer alto desempenho do sistema do robô; Por outro lado, os mapas gerados por vSLAM (principalmente nuvens de pontos) não podem ser usados para o planejamento do caminho do robô, que precisa de mais exploração e pesquisa.
2．Wifi － SLAM
Refere-se ao uso de uma variedade de dispositivos de detecção em telefones inteligentes para posicionamento, incluindo WiFi, GPS, giroscópio, acelerômetro e magnetômetro, e desenho de mapa interno preciso a partir dos dados obtidos por meio de aprendizado de máquina, reconhecimento de padrão e outros algoritmos. O provedor dessa tecnologia foi adquirido pela apple em 2013. Não se sabe se a Apple aplicou a tecnologia WiFi slam ao iPhone, de modo que todos os usuários do iPhone equivalem a carregar um pequeno robô de desenho. Não há dúvida de que um posicionamento mais preciso não só conduz ao mapa, mas também torna todos os aplicativos dependentes de localização (LBS) mais precisos.
3．Lidar SLAM
Refere-se ao uso de lidar como um sensor para obter dados de mapas, de forma que o robô possa realizar o posicionamento síncrono e a construção do mapa. No que diz respeito à tecnologia em si, ela está bastante madura após anos de verificação, mas o gargalo do alto custo do lidar' precisa ser resolvido urgentemente.
Os carros sem motorista do Google usam essa tecnologia. O lidar instalado no telhado vem de uma empresa velodyne dos Estados Unidos e é vendido por mais de $ 70000. Este lidar pode emitir 64 feixes de laser ao redor ao girar em alta velocidade. Quando o laser toca os objetos ao redor e retorna, ele pode calcular a distância entre o corpo do veículo e os objetos ao redor. O sistema de computador então desenha um mapa topográfico 3D de acordo com esses dados e, em seguida, o combina com o mapa de alta resolução para gerar diferentes modelos de dados para o sistema de computador de bordo. A Lidar é responsável por metade do custo de todo o veículo, o que também pode ser uma das razões pelas quais os veículos não tripulados do Google' não podem ser produzidos em massa.
Lidar tem as características de forte diretividade, o que pode efetivamente garantir a precisão da navegação e se adaptar ao ambiente interno. No entanto, lidar slam não teve um bom desempenho no campo da navegação interior de robôs, porque o preço do lidar é muito caro.