Hekk kif ir-robots isiru aktar awtos-suffiċjenti, huma jridu jinnavigaw madwarhom b'indipendenza u affidabilità akbar. Tratturi awtonomi, magni tal-ħsad agrikoli, u magni taż-żrigħ għandhom jagħmlu triqthom bir-reqqa mill-għelieqi tal-uċuħ tar-raba' filwaqt li l-vetturi tal-kunsinna li jsuqu waħedhom-għandhom jaqsmu t-toroq b'mod sikur biex ipoġġu l-pakketti fil-post korrett. F'firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet, robots mobbli awtonomi (AMRs) jeħtieġu sorsi preċiżi ħafna ta' pożizzjonament biex itemmu b'mod sikur u b'suċċess l-impjiegi li għalihom huma ddisinjati.
It-twettiq ta 'tali preċiżjoni jeħtieġ żewġ settijiet ta' kapaċitajiet ta 'lokazzjoni. Wieħed huwa li wieħed jifhem il-pożizzjoni relattiva tiegħu innifsu għal oġġetti oħra. Dan jipprovdi input kritiku biex tifhem id-dinja ta 'madwarha u, fil-każ l-aktar ovvju, tevita ostakli li huma kemm wieqfa kif ukoll taħt moviment. Din il-manuvra dinamika teħtieġ munzell estensiv ta' sensuri tan-navigazzjoni bħal kameras, radar, lidar, u s-softwer ta' appoġġ biex jipproċessaw dawn is-sinjali u jagħtu direzzjoni fil--ħin reali lill-AMR.
It-tieni sett ta 'kapaċitajiet huwa li l-AMR jifhem il-post fiżiku preċiż tiegħu (jew il-post assolut) fid-dinja sabiex ikun jista' jinnaviga b'mod preċiż u ripetut f'mogħdija li kienet ipprogrammata fl-apparat. Każ ta 'użu ovvju hawnhekk huwa l-agrikoltura ta' preċiżjoni għolja, fejn diversi AMRs jeħtieġ li jivvjaġġaw fl-istess triq dejqa matul il-kors ta 'ħafna xhur biex iħawlu, jissaqqu, u jaħsdu l-uċuħ tar-raba', b'kull pass jeħtieġ li l-AMR jirreferi għall-istess post eżatt kull darba.
Dan jeħtieġ sett differenti ta' kapaċitajiet ta' navigazzjoni, li jibdew bis-Sistemi Globali ta' Navigazzjoni bis-Satellita (GNSS), li l-ekosistema sħiħa tas-sensuri u s-softwer tisfrutta. Iż-żieda tal-GNSS huma kapaċitajiet ta' korrezzjoni bħal RTK u SSR li jgħinu biex issuq preċiżjoni 100x ogħla minn GNSS waħdu għal applikazzjonijiet ta' -sema miftuħ, u Unitajiet ta' Kejl Inerzjali flimkien ma' softwer tal-fużjoni tas-sensuri għan-navigazzjoni fejn il-GNSS ma jkunx disponibbli (dead recconing).
Qabel ma ngħaddu f'dawn it-teknoloġiji, ejja nqattgħu minuta nħarsu lejn każijiet ta' użu fejn kemm postijiet relattivi kif ukoll assoluti huma meħtieġa biex AMR jagħmel xogħolha.
Applikazzjonijiet tar-robotika li jeħtieġu pożizzjonament relattiv u assolut
L-AMRs jiżvelaw dak li l-bnedmin jieħdu bħala fatt - l-abbiltà intrinsika li jillokalizza ruħu b'mod preċiż fid-dinja u jieħu azzjoni preċiża bbażata fuq dik l-informazzjoni. Aktar ma jkunu varjati l-applikazzjonijiet għall-AMRs, aktar niskopru liema tipi ta' azzjonijiet jeħtieġu preċiżjoni estrema. Xi eżempji jinkludu:
Awtomazzjoni Agrikola: Fl-agrikoltura, l-AMRs qed isiru dejjem aktar komuni għal kompiti bħat-tħawwil, il-ħsad, u l-monitoraġġ tal-uċuħ tar-raba'. Dawn ir-robots jużaw pożizzjonament assolut, tipikament permezz tal-GPS, biex jinnavigaw oqsma kbar u spiss irregolari bi preċiżjoni. Dan jiżgura li jistgħu jkopru żoni vasti b'mod sistematiku u jirritornaw f'postijiet speċifiċi kif meħtieġ. Madankollu, ladarba jkunu qrib l-uċuħ tar-raba’ jew f’żona magħżula, l-AMRs jiddependu fuq pożizzjonament relattiv għal kompiti li jitolbu livell ogħla ta’ preċiżjoni, bħall-ġbir ta’ frott li seta’ kiber jew biddel il-pożizzjoni minn meta l-AMR żaretha l-aħħar. Billi jgħaqqdu ż-żewġ metodi ta 'pożizzjonament, dawn ir-robots jistgħu joperaw b'mod effiċjenti fl-ambjenti ta' sfida u varjabbli tipiċi tal-għelieqi agrikoli.
Kunsinna ta' l-aħħar-Mile f'Settings Urbani: L-AMRs qed jittrasformaw il-kunsinna tal-aħħar-mil f'ambjenti urbani billi jittrasportaw oġġetti b'mod awtonomu miċ-ċentri tad-distribuzzjoni sad-destinazzjonijiet finali. Dawn ir-robots jużaw pożizzjonament assolut biex jinnavigaw toroq tal-belt, sqaqien, u layouts urbani kumplessi, u jiżguraw li jsegwu rotot ottimizzati filwaqt li jevitaw it-traffiku u jżommu mal-iskedi tal-kunsinna. Malli jaslu fil-viċinanza tal-post tal-kunsinna, l-AMRs se jużaw ukoll pożizzjonament relattiv biex jimmanuvraw madwar ostakli varjabbli jew mhux mistennija, bħal vettura li tkun ipparkjata doppjament fit-triq. Dan l-approċċ doppju jippermetti lill-AMRs jimmaniġġjaw l-intricacies tal-pajsaġġi urbani u jagħmlu kunsinni preċiżi direttament lill-għatba tal-klijenti.
Awtomazzjoni tas-Sit tal-Kostruzzjoni: Fuq is-siti tal-kostruzzjoni, l-AMRs huma impjegati biex jiżguraw li l-proġett jinbena skont l-ispeċifikazzjonijiet eżatti li ġew magħżula mill-inġiniera. Jgħinu wkoll f'ħidmiet bħat-trasport ta' materjali u l-immappjar jew l-istħarriġ ta' l-ambjenti. Dawn is-siti spiss ikopru żoni kbar b'ambjenti li jinbidlu kontinwament, li jeħtieġu li l-AMRs jużaw pożizzjonament assolut biex jinnavigaw u jżommu l-orjentazzjoni fis-sit ġenerali tal-proġett. Il-pożizzjonament relattiv jidħol fis-seħħ meta l-AMRs iwettqu kompiti li jeħtieġu interazzjoni ma 'elementi dinamiċi, bħall-evitar ta' tagħmir ieħor jew saħansitra persunal fuq is-sit. Il-kombinazzjoni taż-żewġ sistemi ta 'pożizzjonament tippermetti lill-AMRs jikkontribwixxu b'mod effettiv għan-natura kumplessa u dinamika tal-proġetti ta' kostruzzjoni, u jtejbu l-effiċjenza u s-sikurezza.
Manutenzjoni Awtonoma tat-Toroq: L-AMRs qed jintużaw dejjem aktar f'ħidmiet ta 'manutenzjoni tat-toroq bħal spezzjoni tal-bankina, siġillar ta' xquq, u pittura tal-linja. Dawn ir-robots jużaw pożizzjonament assolut biex jivvjaġġaw tul meded ta 'awtostrada jew toroq, u jiżguraw li jibqgħu fuq il-kors fuq distanzi twal u jistgħu jaqbdu b'mod preċiż il-postijiet speċifiċi fejn jeħtieġ li sseħħ il-manutenzjoni. Meta jwettqu dawn il-kompiti ta 'manutenzjoni, jaqilbu għal pożizzjonament relattiv biex jidentifikaw u jindirizzaw b'mod preċiż l-imperfezzjonijiet speċifiċi tat-toroq, iżebgħu l-marki tal-karreġġjata bi preċiżjoni, jew jinnavigaw madwar ostakli. Din il-kapaċità doppja tippermetti lill-AMRs jimmaniġġjaw b'mod effiċjenti l-kompiti tal-manutenzjoni tat-toroq filwaqt li jnaqqas il-ħtieġa għall-ħaddiema umani biex joperaw f'ambjenti perikolużi fil-ġenb tat-triq, u jtejbu s-sikurezza u l-produttività.
Monitoraġġ u Konservazzjoni Ambjentali: F'ambjenti ta 'barra, l-AMRs ħafna drabi jiġu skjerati għall-monitoraġġ ambjentali u l-isforzi ta' konservazzjoni bħalma huma t-traċċar tal-annimali selvaġġi, l-iskoperta tat-tniġġis u l-immappjar tal-ħabitat. Dawn ir-robots jisfruttaw pożizzjonament assolut biex jinnavigaw żoni naturali vasti, mill-foresti sa reġjuni kostali, jiżguraw kopertura komprensiva tat-terren u jippermettu l-qbid ta 'stħarriġ dettaljat tas-sit u mapep. L-AMRs jistgħu jwettqu kompiti bħall-qbid ta' immaġini b'-riżoluzzjoni għolja, il-ġbir ta' kampjuni, jew it-traċċar tal-movimenti tal-annimali b'eżattezza preċiża u jistgħu jkopru dawn il-kampjuni maż-żmien b'mod koeżiv.
Fl-eżempji kollha ta 'hawn fuq, preċiżjoni assoluta ta' pożizzjonament ta 'ħafna inqas minn metru hija meħtieġa biex jiġu evitati konsegwenzi potenzjalment katastrofiċi. Korrimenti tal-ħaddiema, telf sostanzjali ta 'prodotti, u dewmien għali huma kollha probabbli mingħajr post preċiż. Essenzjalment, Kullimkien AMR jeħtieġ li jopera fi ftit ċentimetri se jeħtieġ li jkollu soluzzjonijiet ta 'lokazzjoni kemm relattiva kif ukoll assoluta.
Teknoloġija għal pożizzjonament relattiv
L-AMRs jisfruttaw numru ta' sensuri biex jillokalizzaw lilhom infushom b'relazzjoni ma' oġġetti oħra fl-ambjent tagħhom. Dawn jinkludu:
Kameras: Il-kameras jiffunzjonaw bħala s-sensuri viżwali tar-robots mobbli awtonomi, u jipprovdulhom stampa immedjata tal-madwar simili għall-mod kif jaħdmu l-għajnejn tal-bniedem. Dawn l-apparati jaqbdu informazzjoni viżiva rikka li r-robots jistgħu jużaw għall-iskoperta tal-oġġetti, l-evitar tal-ostakli, u l-immappjar tal-ambjent. Madankollu, il-kameras huma dipendenti fuq dawl adegwat u jistgħu jiġu mxekkla minn kundizzjonijiet ħżiena tat-temp bħal ċpar, xita jew dlam. Biex jindirizzaw dawn il-limitazzjonijiet, il-kameras ħafna drabi jkunu mqabbda ma' sensuri infrared qrib-jew mgħammra b'kapaċitajiet ta' viżjoni bil-lejl, li jippermettu lir-robots jaraw f'kundizzjonijiet ta'-dawl baxx. Il-kameras huma komponent ewlieni fl-odometrija viżwali, proċess fejn il-bidliet fil-pożizzjoni maż-żmien huma kkalkulati billi jiġu analizzati immaġini sekwenzjali tal-kamera. B'mod ġenerali, il-kameras dejjem jeħtieġu proċessar sinifikanti biex jikkonvertu l-immaġini 2-D tagħhom fi strutturi 3-D.
Sensuri tar-radar: Is-sensuri tar-radar joperaw billi jarmu mewġ tar-radju pulsanti li jirriflettu l-oġġetti, u jipprovdu informazzjoni dwar il-veloċità, id-distanza u l-pożizzjoni relattiva tal-oġġett. Din it-teknoloġija hija robusta u tista' taħdem b'mod effettiv f'diversi kundizzjonijiet ambjentali, inklużi xita, ċpar u trab, fejn il-kameras u l-lidar jistgħu jissieltu. Madankollu, is-sensuri tar-radar tipikament joffru dejta inqas u riżoluzzjoni aktar baxxa meta mqabbla ma 'tipi oħra ta' sensuri. Minkejja dan, huma imprezzabbli għall-affidabbiltà tagħhom fl-iskoperta tal-veloċità ta 'oġġetti li jiċċaqilqu, li jagħmluhom partikolarment utli f'ambjenti dinamiċi fejn il-fehim tal-moviment ta' entitajiet oħra huwa kritiku.
Sensuri Lidar: Lidar, jew Sejbien u Tvarja tad-Dawl, hija teknoloġija tas-sensuri li tuża impulsi tal-lejżer biex tkejjel id-distanzi billi timmarka r-riflessjoni tad-dawl fuq oġġetti. Billi jiskennja l-ambjent b'impulsi tal-lejżer mgħaġġla, lidar joħloq mapep 3D preċiżi ħafna u dettaljati tal-madwar. Dan jagħmilha għodda essenzjali għall-lokazzjoni u l-immappjar simultanju (SLAM), fejn ir-robot jibni mappa ta 'ambjent mhux magħruf filwaqt li jżomm rekord tal-lokazzjoni tiegħu f'dik il-mappa. Lidar huwa magħruf għall-preċiżjoni u l-kapaċità tiegħu li jiffunzjona tajjeb f'diversi kundizzjonijiet tad-dawl, għalkemm jista 'jkun inqas effettiv fix-xita, fil-borra jew fiċ-ċpar, fejn il-qtar tal-ilma jista' jxerred ir-raġġi tal-lejżer. Minkejja li huwa teknoloġija għalja, il-lidar huwa favorit fin-navigazzjoni awtonoma minħabba l-eżattezza u l-affidabbiltà tiegħu f'ambjenti kumplessi.
Sensuri Ultrasoniċi: Is-sensuri ultrasoniċi jiffunzjonaw billi jarmu mewġ tal-ħoss ta'-frekwenza għolja li jmur fuq oġġetti fil-qrib, bis-sensor ikejjel il-ħin li jieħu biex l-eku jerġa' lura. Dan jippermetti lir-robot jikkalkula d-distanza għal oġġetti u ostakli fit-triq tiegħu. Dawn is-sensuri huma partikolarment utli għall-iskoperta ta'-medda qasira u ħafna drabi huma impjegati f'attivitajiet bil-mod u ta'-firxa mill-qrib bħan-navigazzjoni fi spazji stretti bħal passaġġi tal-maħżen, jew għal manuvri preċiżi bħal docking jew backing. Is-sensuri ultrasoniċi huma kost-effettivi u jaħdmu tajjeb f'varjetà ta' kundizzjonijiet, iżda l-firxa limitata tagħhom u l-ħin ta 'rispons aktar bil-mod meta mqabbla mal-lidar u l-kameras ifissru li huma l-aktar adattati għal ambjenti speċifiċi u kkontrollati fejn hija meħtieġa preċiżjoni għolja fil-viċin.
It-teknoloġija bażika użata għall-pożizzjonament assolut tibda bil-GNSS (it-terminu li jinkludi l-GPS u sistemi satellitari oħra bħal GLONASS, Galileo u BeiDou). Minħabba li l-GNSS huwa affettwat minn kundizzjonijiet atmosferiċi u inkonsistenzi tas-satellita, jista 'jagħti soluzzjoni ta' pożizzjoni li tkun mitfija b'ħafna metri. Għall-AMRs li jeħtieġu navigazzjoni aktar preċiża, dan mhux tajjeb biżżejjed – b'hekk tfaċċat teknoloġija magħrufa bħala Korrezzjonijiet GNSS li tnaqqas dan l-iżball għal inqas ċentimetru.
RTK: Kinematiku fil--ħin reali (RTK) juża netwerk ta' stazzjonijiet bażi b'pożizzjonijiet magħrufa bħala punti ta' referenza għall-korrezzjoni tal-istimi tal-post tar-riċevitur GNSS. Sakemm l-AMR tkun f'50 kilometru minn stazzjon bażi u jkollha konnessjoni ta 'komunikazzjoni affidabbli, RTK jista' jipprovdi b'mod affidabbli preċiżjoni ta '1–2 ċentimetri.
SSR jew PPP-RTK: State Space Representation (SSR), li kultant tissejjaħ ukoll PPP-RTK, tisfrutta l-informazzjoni min-netwerk tal-istazzjon bażi, iżda minflok tibgħat korrezzjonijiet direttament minn stazzjon bażi lokali, timmudella l-iżbalji f'żona ġeografika wiesgħa. Ir-riżultat huwa kopertura usa 'jippermetti distanzi ferm lil hinn minn 50km minn stazzjon bażi, iżda l-eżattezza tinżel għal 3-10 ċentimetri jew aktar skond id-densità u l-kwalità tan-netwerk.
Filwaqt li dawn iż-żewġ approċċi jaħdmu eċċezzjonalment tajjeb fejn is-sinjali GNSS huma disponibbli (ġeneralment sema miftuħ), ħafna AMRs se jivvjaġġaw 'il bogħod mis-sema miftuħ, fejn ikun hemm xkiel bejn ir-riċevitur GNSS fuq l-AMR u s-sema. Dan jista 'jiġri f'mini, garaxxijiet tal-parkeġġ, ġonna tal-frott, u ambjenti urbani. Dan huwa fejn is-Sistemi ta 'Navigazzjoni Inerzjali (INS) jidħlu fis-seħħ mal-Unità ta' Kejl Inerzjali (IMU) u s-softwer tal-Fużjoni tas-Sensor tagħhom.
IMU– IMU tgħaqqad aċċellerometri, ġiroskopji, u xi kultant manjetometri biex ikejlu l-aċċelerazzjoni lineari, il-veloċità angolari u l-qawwa tal-kamp manjetiku ta' sistema, rispettivament. Din hija data kruċjali li tippermetti lil INS jiddetermina l-pożizzjoni, il-veloċità, u l-orjentazzjoni ta' oġġett relattiv għal punt tal-bidu f'-ħin reali.
L-istorja tal-IMU tmur lura għall-bidu tas-seklu 20, bl-għeruq tagħha fl-iżvilupp ta 'apparati ġiroskopiċi użati fis-sistemi ta' navigazzjoni għal vapuri u inġenji tal-ajru. L-ewwel IMUs prattiċi ġew żviluppati matul it-Tieni Gwerra Dinjija, primarjament għall-użu f'sistemi ta 'gwida tal-missili u aktar tard fil-programm spazjali. Il-missjonijiet Apollo, pereżempju, kienu jiddependu ħafna fuq IMUs għan-navigazzjoni fl-ispazju, fejn il-metodi ta 'navigazzjoni tradizzjonali ma kinux fattibbli. Matul l-għexieren ta 'snin, it-teknoloġija IMU avvanzat b'mod sinifikanti, immexxija mill-minjaturizzazzjoni ta' komponenti elettroniċi u l-miġja tat-teknoloġija Mikro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) fl-aħħar tas-seklu 20. Din l-evoluzzjoni wasslet għal IMUs aktar kompatti, affordabbli u preċiżi, li ppermettiet l-integrazzjoni tagħhom f'firxa wiesgħa ta 'elettronika tal-konsumatur, sistemi tal-karozzi, u applikazzjonijiet industrijali llum.
Fużjoni tas-Sensor– Is-softwer tal-fużjoni tas-sensuri huwa responsabbli biex jgħaqqad id-dejta mill-IMU, kif ukoll sensuri oħra biex joħloq fehim koeżiv u preċiż tal-post assolut ta' AMR meta l-GNSS ma jkunx disponibbli. L-implimentazzjonijiet l-aktar bażiċi "jimlew il-vojt" f'-ħin reali, bejn meta s-sinjal GNSS jitwaqqa' u meta jerġa' jinġabar mill-AMR. L-eżattezza tas-softwer tal-fużjoni tas-sensuri tiddependi fuq diversi fatturi, inklużi l-kwalità u l-kalibrazzjoni tas-sensuri involuti, l-algoritmi użati għall-fużjoni, u l-applikazzjoni jew l-ambjent speċifiku li fih jiġi skjerat. Softwer tal-fużjoni tas-sensuri aktar sofistikat huwa kapaċi jaqsam-modalitajiet differenti tas-sensuri, li jirriżulta fi preċiżjoni pożizzjonali superjuri minn kwalunkwe wieħed mis-sensuri fis-soluzzjoni li jaħdem waħdu.
RTK għall-GNSS jipprovdi sors preċiż ħafna ta 'lokazzjoni assoluta għal robots awtonomi. Mingħajr RTK, madankollu, ħafna applikazzjonijiet tar-robotika sempliċement mhumiex possibbli jew prattiċi. Minn rovers tal-istħarriġ tal-kostruzzjoni għal drones tal-kunsinna awtonomi u għodod tal-agrikoltura awtonomi, bosta AMRs jiddependu fuq il-pożizzjoni assoluta preċiża ta' ċentimetru-li RTK biss jista' jipprovdi.
Cela dit, soluzzjoni RTK hija tajba biss daqs in-netwerk warajha. Korrezzjonijiet affidabbli b'mod konsistenti jeħtieġu netwerk dens ħafna ta 'stazzjonijiet bażi sabiex ir-riċevituri jkunu dejjem fil-medda qrib biżżejjed għal korrezzjonijiet preċiżi ta' żbalji. Aktar ma jkun kbir in-netwerk, iktar ikun faċli li tikseb korrezzjonijiet għall-AMRs minn kullimkien. Id-densità waħedha mhix l-uniku fattur. In-netwerks huma sistemi kkumplikati ħafna fil--ħin reali u jeħtieġu monitoraġġ professjonali, stħarriġ, u verifika tal-integrità biex jiżguraw li d-dejta li qed tintbagħat lill-AMR tkun preċiża u affidabbli.
Xi jfisser dan kollu għall-iżviluppaturi ta 'robots awtonomi? Għall-inqas fejn għandhom x'jaqsmu l-applikazzjonijiet ta' barra, l-ebda AMR ma tkun kompluta mingħajr riċevitur GNSS li jaħdem bl-RTK-. Għall-aktar soluzzjoni preċiża possibbli, l-iżviluppaturi għandhom jiddependu fuq l-iktar netwerk RTK dens u affidabbli. U fejn ir-robots iridu jiċċaqilqu ta' spiss ġewwa u barra minn ambjenti ta' sinjal GNSS ideali, bħal għal vettura tal-kunsinna li taħdem waħedha-, RTK flimkien ma' IMU jipprovdi l-aktar sors komprensiv ta' pożizzjonament assolut disponibbli.
L-ebda żewġ applikazzjonijiet awtonomi tar-robotika ma huma l-istess, u kull setup uniku jeħtieġ it-taħlita tagħha stess ta 'informazzjoni dwar il-pożizzjonament relattiva u assoluta. Għall-AMRs ta' barra ta' għada, madankollu, GNSS b'netwerk robust ta' korrezzjonijiet RTK huwa komponent essenzjali tas-sensor stack.