Con la mejora continua de la tecnología de detección, la tecnología inteligente y la tecnología informática, el robot móvil inteligente podrá desempeñar un papel humano en la producción y la vida. Entonces, ¿cuáles son los aspectos principales de la tecnología de posicionamiento de robots móviles? Se concluye que en la actualidad los robots móviles cuentan principalmente con estas cinco tecnologías de posicionamiento.
Tecnología de navegación y posicionamiento ultrasónica para robot móvil
El principio de funcionamiento de la navegación y el posicionamiento ultrasónicos también es similar al del láser y al infrarrojo. Por lo general, la onda ultrasónica se emite desde la sonda transmisora del sensor ultrasónico, y la onda ultrasónica regresa al dispositivo receptor cuando encuentra obstáculos en el medio.
Al recibir la señal de reflexión ultrasónica transmitida por sí misma y calcular la distancia de propagación s de acuerdo con la diferencia de tiempo y la velocidad de propagación de la transmisión ultrasónica y la recepción del eco, se puede obtener la distancia del obstáculo al robot, es decir, hay una fórmula : S=TV / 2, en el que T - la diferencia de tiempo entre la transmisión y la recepción ultrasónicas; V: velocidad de la onda ultrasónica que se propaga en el medio.
Por supuesto, muchos robots móviles utilizan dispositivos de transmisión y recepción separados en la tecnología de navegación y posicionamiento. Se organizan varios dispositivos de recepción en el mapa ambiental y las sondas de transmisión están instaladas en el robot móvil.
En la navegación y el posicionamiento de robots móviles, es difícil obtener completamente la información del entorno circundante debido a los defectos de los sensores ultrasónicos, como la reflexión especular y el ángulo de haz limitado. Por lo tanto, el sistema de sensor ultrasónico compuesto por múltiples sensores se usa generalmente para establecer el modelo de entorno correspondiente. La información recopilada por el sensor se transmite al sistema de control del robot móvil a través de la comunicación en serie. Luego, el sistema de control adopta un cierto algoritmo para procesar los datos correspondientes de acuerdo con la señal recopilada y el modelo matemático establecido, y se puede obtener la información del entorno de posición del robot.
Debido a las ventajas del bajo costo, la velocidad de adquisición de información rápida y la resolución de alto rango, el sensor ultrasónico se ha utilizado ampliamente en la navegación y el posicionamiento de robots móviles durante mucho tiempo. Además, no necesita una tecnología de imagen compleja al recopilar información ambiental, por lo que tiene una velocidad de alcance rápida y un buen rendimiento en tiempo real.
Tecnología de navegación y posicionamiento visual de robot móvil.
En el sistema de navegación y posicionamiento visual, el modo de navegación de instalar la cámara del vehículo en un robot basado en la visión local se usa ampliamente en el hogar y en el extranjero. En este modo de navegación, el equipo de control y los dispositivos de detección se cargan en el cuerpo del robot, y la computadora de control de a bordo completa las decisiones de alto nivel, como el reconocimiento de imágenes y la planificación de la ruta.
El sistema de navegación y posicionamiento visual incluye principalmente: cámara (o sensor de imagen CCD), equipo de digitalización de señal de video, procesador de señal rápido basado en DSP, computadora y sus periféricos, etc. En la actualidad, muchos sistemas de robot utilizan sensores de imagen CCD. El elemento básico es una fila de elementos de imágenes de silicio. Los elementos fotosensibles y los dispositivos de transferencia de carga se configuran sobre un sustrato. Mediante la transferencia secuencial de cargas, las señales de vídeo de varios píxeles se eliminan en tiempo compartido y de forma secuencial. Por ejemplo, la resolución de la imagen recopilada por el sensor CCD de área puede ser de 32 × 32 a 1024 × 1024 píxeles, etc.
El principio de funcionamiento del sistema de navegación y posicionamiento visual es simplemente procesar ópticamente el entorno alrededor del robot. Primero, la cámara se utiliza para recopilar la información de la imagen, comprimir la información recopilada y luego retroalimentarla a un subsistema de aprendizaje compuesto por una red neuronal y métodos estadísticos.Luego, el subsistema de aprendizaje conecta la información de la imagen recopilada con la posición real del robot. para completar la función autónoma de navegación y posicionamiento del robot.
sistema de Posicionamiento Global
Hoy en día, en la aplicación de la tecnología de posicionamiento y navegación de robot inteligente, generalmente se adopta el método de posicionamiento dinámico diferencial de pseudo rango. El receptor de referencia y el receptor dinámico se utilizan para observar cuatro satélites GPS juntos, y las coordenadas de posición tridimensionales del robot en un momento y momento determinados se pueden obtener de acuerdo con un algoritmo determinado. El posicionamiento dinámico diferencial elimina el error del reloj del satélite. Para los usuarios a 1000 km de la estación de referencia, puede eliminar el error del reloj del satélite y el error troposférico, por lo que puede mejorar significativamente la precisión del posicionamiento dinámico.
Sin embargo, en la navegación móvil, la precisión de posicionamiento del receptor GPS móvil se ve afectada por las condiciones de la señal del satélite y el entorno de la carretera, así como por el error del reloj, el error de propagación, el ruido del receptor y muchos otros factores. Por lo tanto, la precisión de posicionamiento y la confiabilidad de la navegación GPS por sí solas son bajas. Por lo tanto, brújula magnética y disco de código óptico y datos GPS para la navegación. Además, el sistema de navegación GPS no es adecuado para la navegación de robots en interiores o bajo el agua y los sistemas de robot con alta precisión de posición.
Tecnología de posicionamiento y navegación por reflexión óptica para robot móvil
El método típico de navegación y posicionamiento por reflexión óptica utiliza principalmente un sensor láser o infrarrojo para medir la distancia. Tanto el láser como el infrarrojo utilizan tecnología de reflexión de la luz para la navegación y el posicionamiento.
El sistema de posicionamiento global por láser generalmente se compone de un mecanismo de rotación láser, un espejo, un dispositivo de recepción fotoeléctrica y un dispositivo de adquisición y transmisión de datos.
Durante el funcionamiento, el láser se emite hacia afuera a través del mecanismo de espejo giratorio. Cuando se escanea la señal de tráfico cooperativa compuesta por un reflector hacia atrás, el receptor fotoeléctrico procesa la luz reflejada como señal de detección, inicia el programa de adquisición de datos, lee los datos del disco de código del mecanismo giratorio (el valor del ángulo medido del objetivo) , y luego transmitirlo a la computadora superior para el procesamiento de datos a través de la comunicación, de acuerdo con la posición conocida y la información detectada de la señal de tráfico, se puede calcular la posición actual y la dirección del sensor en el sistema de coordenadas de la señal de tráfico, para lograr el propósito de una mayor navegación y posicionamiento.
El alcance del láser tiene las ventajas de un haz estrecho, un buen paralelismo, una pequeña dispersión y una resolución de dirección de alto alcance, pero también se ve muy perturbado por factores ambientales. Por lo tanto, cómo eliminar el ruido de la señal recopilada cuando se utiliza el rango láser también es un gran problema. Además, hay áreas ciegas en el rango de láser, por lo que es difícil realizar la navegación y el posicionamiento solo con láser. En aplicaciones industriales, generalmente se usa en la detección de campo industrial dentro de un rango específico, como la detección de grietas en tuberías.
La tecnología de detección de infrarrojos se utiliza a menudo en el sistema de evitación de obstáculos de robot de múltiples articulaciones para formar una gran área de robot" piel sensible" ;, que cubre la superficie del brazo del robot y puede detectar varios objetos encontrados en la operación de brazo robótico.
Un sensor de infrarrojos típico incluye un diodo emisor de luz de estado sólido que puede emitir luz infrarroja y un fotodiodo de estado sólido que se utiliza como receptor. La señal modulada es transmitida por el tubo emisor de luz infrarroja, y el tubo fotosensible infrarrojo recibe la señal modulada infrarroja reflejada por el objetivo. La eliminación de la interferencia de la luz infrarroja ambiental está garantizada por la modulación de la señal y un filtro de infrarrojos especial. Deje que la señal de salida VO represente la salida de voltaje de la intensidad de la luz reflejada, entonces VO es una función de la distancia entre la sonda y la pieza de trabajo: VO=f (x, P), donde p - el coeficiente de reflexión de la pieza de trabajo. P está relacionado con el color de la superficie y la rugosidad del objetivo. X - distancia entre sonda y pieza de trabajo.
Cuando la pieza de trabajo es un objetivo similar con el mismo valor p, X y VO se corresponden uno por uno. X se puede obtener interpolando los datos experimentales de medición de proximidad de varios objetivos. De esta manera, la posición del robot desde el objeto objetivo puede medirse mediante un sensor de infrarrojos, y luego el robot móvil puede ser navegado y posicionado por otros métodos de procesamiento de información.
Aunque el posicionamiento del sensor de infrarrojos también tiene las ventajas de alta sensibilidad, estructura simple y bajo costo, debido a su resolución de alto ángulo y resolución de baja distancia, a menudo se usan como sensores de proximidad en robots móviles para detectar obstáculos de movimiento repentino o que se acercan, lo cual es conveniente para que los robots detengan obstáculos en caso de emergencia.
Tecnología Slam
La mayoría de las empresas de robots de servicios líderes en la industria adoptan la tecnología slam. ¿Qué es la tecnología slam? En resumen, la tecnología slam se refiere a todo el proceso de posicionamiento, mapeo y planificación de rutas del robot en un entorno desconocido.
Slam (localización y mapeo simultáneos), desde que fue propuesto en 1988, se utiliza principalmente para estudiar la inteligencia del movimiento de los robots. Para entornos interiores completamente desconocidos, equipados con sensores centrales como LIDAR, la tecnología Slam puede ayudar al robot a construir un mapa del entorno interior y ayudar al robot a caminar de forma independiente.
El problema de SLAM se puede describir como: el robot comienza a moverse desde una posición desconocida en un entorno desconocido, se ubica de acuerdo con la estimación de posición y los datos del sensor, y al mismo tiempo construye un mapa incremental.
Los enfoques de implementación de la tecnología slam incluyen principalmente vSLAM, WiFi slam y lidar slam.
1. VSLAM (SLAM visual)
Se refiere a la navegación y exploración con cámaras de profundidad como cámara y Kinect en ambiente interior. Su principio de funcionamiento es simplemente realizar un procesamiento óptico en el entorno circundante del robot. En primer lugar, la cámara se utiliza para recopilar la información de la imagen, comprimir la información recopilada y luego retroalimentarla a un subsistema de aprendizaje compuesto por redes neuronales y métodos estadísticos, y luego el subsistema de aprendizaje conecta la información de la imagen recopilada con la posición real de la robot, completa la función de posicionamiento y navegación autónoma del robot.
Sin embargo, el vSLAM para interiores todavía se encuentra en la etapa de investigación y está lejos de ser una aplicación práctica. Por un lado, la cantidad de cálculo es demasiado grande, lo que requiere un alto rendimiento del sistema de robot; Por otro lado, los mapas generados por vSLAM (en su mayoría nubes de puntos) no se pueden utilizar para la planificación de la ruta del robot, que necesita más exploración e investigación.
2．Wifi － SLAM
Se refiere al uso de una variedad de dispositivos de detección en teléfonos inteligentes para el posicionamiento, incluidos WiFi, GPS, giroscopio, acelerómetro y magnetómetro, y dibujar un mapa interior preciso a partir de los datos obtenidos a través del aprendizaje automático, el reconocimiento de patrones y otros algoritmos. El proveedor de esta tecnología fue adquirido por Apple en 2013. Se desconoce si Apple ha aplicado la tecnología WiFi slam al iPhone, por lo que todos los usuarios de iPhone equivalen a llevar un pequeño robot de dibujo. No hay duda de que un posicionamiento más preciso no solo favorece el mapa, sino que también hace que todas las aplicaciones dependientes de la ubicación (LBS) sean más precisas.
3．Lidar SLAM
Se refiere al uso de lidar como sensor para obtener datos de mapas, de modo que el robot pueda realizar el posicionamiento sincrónico y la construcción de mapas. En lo que respecta a la tecnología en sí, ha sido bastante madura después de años de verificación, pero el cuello de botella del alto costo de lidar&debe resolverse con urgencia.
Los coches autónomos de Google utilizan esta tecnología. El lidar instalado en el techo proviene de la empresa velodyne de Estados Unidos y se vende por más de $ 70000. Este lidar puede emitir 64 rayos láser al entorno cuando gira a alta velocidad. Cuando el láser toca los objetos circundantes y regresa, puede calcular la distancia entre la carrocería del vehículo y los objetos circundantes. A continuación, el sistema informático dibuja un mapa topográfico fino en 3D de acuerdo con estos datos, y luego lo combina con el mapa de alta resolución para generar diferentes modelos de datos para el sistema informático de a bordo. Lidar representa la mitad del costo de todo el vehículo, lo que también puede ser una de las razones por las que los vehículos no tripulados de Google&no pueden producirse en masa.
Lidar tiene las características de una fuerte directividad, que puede garantizar eficazmente la precisión de la navegación y adaptarse al entorno interior. Sin embargo, lidar slam no ha funcionado bien en el campo de la navegación interior robótica, porque el precio de lidar es demasiado caro.