Robotlar ko'proq o'zini-o'zi ta'minlaydigan bo'lsa, ular o'z atrofida yanada mustaqil va ishonchli harakat qilishlari kerak. Avtonom traktorlar, qishloq xo'jaligi kombaynlari va urug' ekish mashinalari ekin maydonlari bo'ylab ehtiyotkorlik bilan yo'l olishlari kerak, o'zi boshqaradigan transport vositalari esa paketlarni to'g'ri joyga qo'yish uchun ko'chalarni xavfsiz kesib o'tishlari kerak. Keng ko'lamdagi ilovalarda avtonom mobil robotlar (AMR) ular uchun mo'ljallangan ishlarni xavfsiz va muvaffaqiyatli bajarish uchun juda aniq joylashish manbalarini talab qiladi.
Bunday aniqlikka erishish ikkita joylashuv qobiliyatini talab qiladi. Ulardan biri o'zining boshqa ob'ektlarga nisbatan pozitsiyasini tushunishdir. Bu atrofdagi dunyoni tushunish uchun muhim ma'lumot beradi va eng aniq holatda ham harakatsiz, ham harakatda bo'lgan to'siqlardan qochish imkonini beradi. Ushbu dinamik manevr kameralar, radar, lidar kabi navigatsiya sensorlarining keng to'plamini va ushbu signallarni qayta ishlash va AMRga real vaqtda yo'nalish berish uchun qo'llab-quvvatlovchi dasturiy ta'minotni talab qiladi.
Imkoniyatlarning ikkinchi to'plami - AMR o'zining dunyodagi aniq jismoniy joylashuvini (yoki mutlaq joylashuvini) tushunishi uchun u qurilmaga dasturlashtirilgan yo'lni aniq va qayta-qayta boshqarishi mumkin. Bu erda foydalanishning aniq misoli yuqori aniqlikdagi qishloq xo'jaligi bo'lib, bu erda turli AMRlar ko'p oylar davomida ekinlarni ekish, sug'orish va yig'ish uchun bir xil tor yo'lni bosib o'tishlari kerak, har safar AMR har safar bir xil aniq joyga murojaat qilishni talab qiladi. .
Bu global navigatsiya sun'iy yo'ldosh tizimlari (GNSS) dan boshlab, sensorlar va dasturiy ta'minotning butun ekotizimidan foydalanadigan turli xil navigatsiya imkoniyatlarini talab qiladi. GNSSni kuchaytirish bu ochiq osmon ilovalari uchun faqat GNSSga qaraganda 100 baravar yuqori aniqlikni boshqarishga yordam beradigan RTK va SSR kabi tuzatish imkoniyatlari va GNSS mavjud bo'lmagan joylarda harakatlanish uchun sensorli termoyadroviy dasturiy ta'minot bilan birlashtirilgan inertial o'lchov birliklari (o'lik hisob).
Ushbu texnologiyalarga kirishdan oldin, keling, AMR o'z ishini bajarishi uchun nisbiy va mutlaq joylashuv talab qilinadigan foydalanish holatlarini ko'rib chiqaylik.
Nisbiy va mutlaq joylashishni talab qiluvchi robototexnika ilovalari
AMRlar odamlarning o'ziga xos bo'lgan narsalarni ochib beradi - bu dunyoda o'zini to'g'ri aniqlash va bu ma'lumotlarga asoslangan aniq harakatlar qilish uchun tug'ma qobiliyat. AMR uchun ilovalar qanchalik xilma-xil bo'lsa, biz qanday turdagi harakatlar o'ta aniqlikni talab qilishni shunchalik aniqlaymiz. Ba'zi misollar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Qishloq xo'jaligini avtomatlashtirish: Qishloq xo'jaligida AMRlar ekish, o'rim-yig'im va hosilni kuzatish kabi vazifalar uchun tobora keng tarqalgan. Ushbu robotlar katta va tez-tez notekis maydonlarda aniqlik bilan harakat qilish uchun odatda GPS orqali mutlaq joylashishni aniqlashdan foydalanadilar. Bu ularning keng hududlarni muntazam ravishda qamrab olishini va kerak bo'lganda ma'lum joylarga qaytishini ta'minlaydi. Biroq, ekinlar yaqinida yoki belgilangan hududda bo'lganida, AMRlar yuqori darajadagi aniqlikni talab qiladigan vazifalar uchun nisbiy joylashuvga tayanadi, masalan, AMR oxirgi marta tashrif buyurganidan beri o'sib chiqqan yoki o'rnini o'zgartirgan mevalarni yig'ish. Ikkala joylashishni aniqlash usulini birlashtirgan holda, ushbu robotlar qishloq xo'jaligi dalalariga xos bo'lgan qiyin va o'zgaruvchan muhitda samarali ishlashi mumkin.
Shahar sozlamalarida oxirgi milni yetkazib berish: AMRlar yuklarni tarqatish markazlaridan yakuniy manzillarga avtonom tarzda tashish orqali shahar muhitida so'nggi milya yetkazib berishni o'zgartirmoqda. Ushbu robotlar shahar ko'chalari, xiyobonlari va murakkab shahar sxemalarida harakatlanish uchun mutlaq joylashishni aniqlashdan foydalanadilar, bu esa ular tirbandlikdan qochib, etkazib berish jadvaliga rioya qilgan holda optimallashtirilgan marshrutlarga rioya qilishlarini ta'minlaydi. Yetkazib berish joyi yaqiniga yetib borgach, AMRlar ko'chada ikki marta to'xtab turgan transport vositasi kabi o'zgaruvchan yoki kutilmagan to'siqlar atrofida manevr qilish uchun nisbiy joylashishni ham qo'llaydi. Ushbu ikki tomonlama yondashuv AMR-larga shahar landshaftlarining nozik tomonlarini hal qilish va mijozlarning ostonasiga aniq yetkazib berish imkonini beradi.
Qurilish maydonchasini avtomatlashtirish: Qurilish maydonlarida AMRlar loyihaning muhandislar tomonidan belgilangan aniq xususiyatlarga muvofiq qurilganligini ta'minlash uchun ishlatiladi. Ular, shuningdek, materiallarni tashish va atrof-muhitni xaritalash yoki o'rganish kabi vazifalarni bajarishda yordam beradi. Ushbu saytlar ko'pincha doimiy o'zgarib turadigan muhitga ega bo'lgan katta maydonlarni qamrab oladi, bu esa AMR-dan umumiy loyiha saytida harakatlanish va yo'nalishni saqlab qolish uchun mutlaq joylashishni aniqlashdan foydalanishni talab qiladi. Nisbiy joylashishni aniqlash, AMRlar dinamik elementlar bilan o'zaro ta'sir qilishni talab qiladigan vazifalarni bajarganda, masalan, saytdagi boshqa jihozlardan yoki hatto xodimlardan qochish kabi vazifani bajaradi. Ikkala joylashishni aniqlash tizimining kombinatsiyasi AMR-larga qurilish loyihalarining murakkab va dinamik tabiatiga samarali hissa qo'shish, samaradorlik va xavfsizlikni oshirish imkonini beradi.
Avtonom yo'llarni saqlash: AMRlar yo'l qoplamalarini tekshirish, yoriqlarni yopish va chiziqlarni bo'yash kabi yo'llarni ta'mirlash ishlarida tobora ko'proq foydalanilmoqda. Ushbu robotlar avtomagistral yoki yo'l bo'ylab sayohat qilish uchun mutlaq joylashishni aniqlashdan foydalanadi, bu ularning uzoq masofalarda yo'lda qolishlarini ta'minlaydi va texnik xizmat ko'rsatish kerak bo'lgan aniq joylarni aniq suratga olish imkonini beradi. Ushbu parvarishlash vazifalarini bajarayotganda, ular muayyan yo'l kamchiliklarini aniq aniqlash va bartaraf etish, chiziq belgilarini aniqlik bilan bo'yash yoki to'siqlar atrofida harakat qilish uchun nisbiy joylashuvga o'tadi. Ushbu ikki tomonlama qobiliyat AMR-larga yo'llarni ta'mirlash vazifalarini samarali boshqarish imkonini beradi, shu bilan birga inson ishchilarining xavfli yo'l bo'yida ishlashga bo'lgan ehtiyojini kamaytiradi, xavfsizlik va mahsuldorlikni oshiradi.
Atrof-muhit monitoringi va muhofazasi: Tashqi muhitda AMR ko'pincha yovvoyi tabiatni kuzatish, ifloslanishni aniqlash va yashash joylarini xaritalash kabi atrof-muhit monitoringi va muhofaza qilish harakatlari uchun qo'llaniladi. Ushbu robotlar o'rmonlardan qirg'oqbo'yi hududlarigacha bo'lgan ulkan tabiiy hududlarda harakatlanish uchun mutlaq joylashishni aniqlashdan foydalanadi, bu erning har tomonlama qamrab olinishini ta'minlaydi va saytni batafsil o'rganish va xaritalash imkonini beradi. AMRlar yuqori aniqlikdagi tasvirlarni olish, namunalar yig'ish yoki hayvonlarning harakatlarini aniq aniqlik bilan kuzatish kabi vazifalarni bajarishi mumkin va vaqt o'tishi bilan bu namunalarni uyg'un tarzda qoplashi mumkin.
Yuqoridagi barcha misollarda, potentsial halokatli oqibatlarga yo'l qo'ymaslik uchun bir metrdan ancha past bo'lgan mutlaq joylashishni aniqlash aniqligi talab qilinadi. Ishchilarning jarohatlari, katta mahsulot yo'qotishlari va qimmat kechikishlar aniq joylashuvi aniqlanmagan bo'lishi mumkin. Umuman olganda, AMR bir necha santimetr ichida ishlashi kerak bo'lgan har qanday joyda nisbiy va mutlaq joylashuv echimlariga ega bo'lishni talab qiladi.
Nisbatan joylashishni aniqlash texnologiyasi
AMRlar atrofdagi boshqa ob'ektlarga nisbatan o'zlarini aniqlash uchun bir qator sensorlardan foydalanadi. Bularga quyidagilar kiradi:
Kameralar: Kameralar avtonom mobil robotlarning vizual datchiklari vazifasini bajaradi va ularga inson ko‘zlari ishiga o‘xshab atrofdagilarning bevosita tasvirini beradi. Ushbu qurilmalar robotlar ob'yektlarni aniqlash, to'siqlardan qochish va atrof-muhitni xaritalash uchun foydalanishi mumkin bo'lgan boy vizual ma'lumotlarni oladi. Biroq, kameralar etarli yorug'likka bog'liq va tuman, yomg'ir yoki qorong'ulik kabi noqulay ob-havo sharoitlariga to'sqinlik qilishi mumkin. Ushbu cheklovlarni bartaraf etish uchun kameralar ko'pincha yaqin infraqizil sensorlar bilan birlashtiriladi yoki robotlarga kam yorug'lik sharoitida ko'rish imkonini beruvchi tungi ko'rish imkoniyatlari bilan jihozlangan. Kameralar vizual odometriyaning asosiy komponenti bo'lib, vaqt o'tishi bilan pozitsiyaning o'zgarishi ketma-ket kamera tasvirlarini tahlil qilish orqali hisoblanadi. Umuman olganda, kameralar o'zlarining 2-D tasvirlarini 3-D tuzilmalariga aylantirish uchun doimo jiddiy ishlov berishni talab qiladi.
Radar sensorlari: Radar sensorlari ob'ektning tezligi, masofasi va nisbiy joylashuvi haqida ma'lumot beruvchi ob'ektlarni aks ettiruvchi pulsatsiyalanuvchi radio to'lqinlarni chiqarish orqali ishlaydi. Bu texnologiya mustahkam va turli xil atrof-muhit sharoitlarida, jumladan, yomg'ir, tuman va changda, kameralar va lidarlar kurasha oladigan sharoitlarda samarali ishlashi mumkin. Biroq, radar sensorlari odatda boshqa sensor turlariga qaraganda kamroq ma'lumot va past piksellar sonini taklif qiladi. Shunga qaramay, ular harakatlanuvchi ob'ektlarning tezligini aniqlashda ishonchliligi uchun bebahodir, bu ularni boshqa ob'ektlarning harakatini tushunish juda muhim bo'lgan dinamik muhitda ayniqsa foydali qiladi.
Lidar Sensorlari: Lidar yoki Light Detection and Ranging - bu ob'ektlardan yorug'likning aks etish vaqtini belgilash orqali masofalarni o'lchash uchun lazer impulslaridan foydalanadigan sensor texnologiyasi. Atrof-muhitni tezkor lazer impulslari bilan skanerlash orqali lidar atrofning juda aniq, batafsil 3D xaritalarini yaratadi. Bu uni bir vaqtning o'zida joylashuv va xaritalash (SLAM) uchun muhim vositaga aylantiradi, bunda robot noma'lum muhit xaritasini tuzadi va shu bilan birga uning xaritadagi joylashuvini kuzatadi. lidar o'zining aniqligi va turli yorug'lik sharoitlarida yaxshi ishlash qobiliyati bilan mashhur, ammo yomg'ir, qor yoki tumanda kamroq samarali bo'lishi mumkin, bu erda suv tomchilari lazer nurlarini tarqatishi mumkin. Qimmat texnologiya bo'lishiga qaramay, lidar murakkab muhitda aniqligi va ishonchliligi tufayli avtonom navigatsiyada afzal ko'riladi.
Ultrasonik sensorlar: Ultrasonik datchiklar yaqin atrofdagi ob'ektlarga sakrab tushadigan yuqori chastotali tovush to'lqinlarini chiqarish orqali ishlaydi, sensor aks-sadoning qaytishi uchun zarur bo'lgan vaqtni o'lchaydi. Bu robotga o'z yo'lidagi ob'ektlar va to'siqlargacha bo'lgan masofani hisoblash imkonini beradi. Ushbu sensorlar, ayniqsa, qisqa masofani aniqlash uchun foydalidir va ko'pincha sekin, yaqin masofadagi harakatlarda, masalan, ombor yo'laklari kabi tor joylarda navigatsiya qilish yoki o'rnatish yoki zaxiralash kabi aniq manevrlar uchun ishlatiladi. Ultrasonik sensorlar tejamkor va turli sharoitlarda yaxshi ishlaydi, lekin ularning cheklangan diapazoni va lidar va kameralarga nisbatan sekinroq javob berish vaqti ular yaqin masofada yuqori aniqlik talab qilinadigan maxsus, boshqariladigan muhitlar uchun eng mos ekanligini anglatadi.
Mutlaq joylashishni aniqlash uchun ishlatiladigan asosiy texnologiya GNSS (bu atama GPS va GLONASS, Galileo va BeiDou kabi boshqa sun'iy yo'ldosh tizimlarini o'z ichiga oladi) dan boshlanadi. GNSS atmosfera sharoitlari va sun'iy yo'ldosh nomuvofiqliklaridan ta'sirlanishini hisobga olsak, u ko'p metrga o'chirilgan pozitsiyani hal qilishi mumkin. Aniqroq navigatsiyani talab qiladigan AMR'lar uchun bu etarli darajada yaxshi emas - shuning uchun GNSS tuzatishlari deb nomlanuvchi texnologiyaning paydo bo'lishi, bu xatoni bir santimetrgacha qisqartiradi.
RTK: Haqiqiy vaqtda kinematik (RTK) GNSS qabul qiluvchisi joylashuvi taxminlarini tuzatish uchun mos yozuvlar nuqtalari sifatida ma'lum pozitsiyalarga ega bo'lgan tayanch stansiyalar tarmog'idan foydalanadi. AMR tayanch stansiyadan 50 kilometr masofada joylashgan va ishonchli aloqa aloqasiga ega ekan, RTK ishonchli tarzda 1–2- santimetr aniqlikni ta'minlay oladi.
SSR yoki PPP-RTK: Davlat kosmik vakolatxonasi (SSR), ba'zan PPP-RTK deb ham ataladi, tayanch stansiya tarmog'idagi ma'lumotlardan foydalanadi, lekin to'g'ridan-to'g'ri mahalliy tayanch stansiyadan tuzatishlar yuborish o'rniga, keng geografik hudud bo'ylab xatolarni modellashtiradi. Natijada kengroq qamrov tayanch stansiyadan 50 km dan uzoqroq masofalarni o'tkazish imkonini beradi, biroq tarmoqning zichligi va sifatiga qarab aniqlik 3-10 santimetr yoki undan ko'proqqa tushadi.
Ushbu ikki yondashuv GNSS signallari mavjud bo'lgan joylarda (umuman ochiq osmon) juda yaxshi ishlasa-da, ko'plab AMRlar ochiq osmondan uzoqlashadi, bu erda AMR va osmondagi GNSS qabul qiluvchisi o'rtasida to'siq mavjud. Bu tunnellarda, garajlarda, bog'larda va shahar muhitida sodir bo'lishi mumkin. Bu erda Inertial Navigation Systems (INS) o'zlarining Inertial Measurement Unit (IMU) va Sensor Fusion dasturlari bilan o'ynaydi.
IMU– IMU mos ravishda tizimning chiziqli tezlanishini, burchak tezligini va magnit maydon kuchini o‘lchash uchun akselerometrlarni, giroskoplarni va ba’zan magnitometrlarni birlashtiradi. Bu INS ga real vaqtda ob'ektning boshlang'ich nuqtasiga nisbatan joylashishini, tezligini va yo'nalishini aniqlashga imkon beradigan muhim ma'lumotlardir.
OʻIH tarixi 20-asrning boshlariga borib taqaladi, uning ildizlari kemalar va samolyotlar uchun navigatsiya tizimlarida qoʻllaniladigan giroskopik qurilmalarni ishlab chiqishdan iborat. Birinchi amaliy IMUlar Ikkinchi Jahon urushi paytida, birinchi navbatda, raketalarni boshqarish tizimlarida va keyinchalik kosmik dasturda foydalanish uchun ishlab chiqilgan. Masalan, Apollon missiyalari an'anaviy navigatsiya usullarini amalga oshirish mumkin bo'lmagan kosmosda navigatsiya qilish uchun asosan IMUlarga tayangan. O'nlab yillar davomida IMU texnologiyasi sezilarli darajada rivojlandi, bu elektron komponentlarni miniatyuralashtirish va 20-asr oxirida Micro-Elektro-mexanik tizimlar (MEMS) texnologiyasining paydo bo'lishi bilan bog'liq. Ushbu evolyutsiya yanada ixcham, arzon va aniq IMUlarni yaratishga olib keldi, bu ularni bugungi kunda keng turdagi maishiy elektronika, avtomobil tizimlari va sanoat ilovalariga integratsiyalash imkonini berdi.
Sensor Fusion– Sensor termoyadroviy dasturi GNSS mavjud bo‘lmaganda AMR ning mutlaq joylashuvi to‘g‘risida yaxlit va to‘g‘ri tushuncha yaratish uchun IMU va boshqa sensorlardan olingan ma’lumotlarni birlashtirish uchun javobgardir. Eng asosiy ilovalar real vaqt rejimida GNSS signali tushirilgandan va AMR tomonidan qayta tiklanganidan keyin "bo'shliqlarni to'ldiradi". Sensor termoyadroviy dasturiy ta'minotining aniqligi bir nechta omillarga bog'liq, jumladan sensorlarning sifati va kalibrlashi, termoyadroviy uchun ishlatiladigan algoritmlar va u joylashtirilgan maxsus dastur yoki muhit. Murakkab sensorli termoyadroviy dasturiy ta'minot turli xil sensor usullarini o'zaro bog'lashi mumkin, bu esa yechimdagi sensorlarning har qandayiga qaraganda yuqori pozitsion aniqlikka olib keladi.
GNSS uchun RTK avtonom robotlar uchun mutlaq joylashuvning yuqori aniq manbasini ta'minlaydi. Biroq, RTK bo'lmasa, ko'plab robototexnika ilovalari oddiygina mumkin yoki amaliy emas. Qurilish tekshiruvlaridan tortib avtonom etkazib berish dronlari va avtonom qishloq xo'jaligi asboblarigacha ko'plab AMRlar faqat RTK ta'minlay oladigan santimetrli aniq mutlaq joylashishni aniqlashga bog'liq.
Ya'ni, RTK yechimi faqat uning orqasidagi tarmoq kabi yaxshi. Doimiy ishonchli tuzatishlar qabul qiluvchilar har doim xatolarni aniq tuzatish uchun etarlicha yaqin diapazonda bo'lishi uchun tayanch stansiyalarning juda zich tarmog'ini talab qiladi. Tarmoq qanchalik katta bo'lsa, istalgan joydan AMR uchun tuzatishlarni olish shunchalik oson bo'ladi. Faqatgina zichlik yagona omil emas. Tarmoqlar juda murakkab real vaqt tizimlari bo'lib, AMRga yuborilayotgan ma'lumotlarning aniq va ishonchli bo'lishini ta'minlash uchun professional monitoring, tadqiqot va yaxlitlikni tekshirishni talab qiladi.
Bularning barchasi avtonom robotlarni ishlab chiquvchilar uchun nimani anglatadi? Hech bo'lmaganda tashqi ilovalar haqida gap ketganda, RTK bilan ishlaydigan GNSS qabul qilgichsiz hech qanday AMR to'liq bo'lmaydi. Mumkin bo'lgan eng aniq yechim uchun ishlab chiquvchilar eng zich va ishonchli RTK tarmog'iga tayanishi kerak. Robotlar ideal GNSS signal muhitida tez-tez harakat qilishlari kerak bo'lgan joylarda, masalan, o'z-o'zidan boshqariladigan transport vositasi uchun, RTK IMU bilan birgalikda mavjud bo'lgan mutlaq joylashishni aniqlashning eng keng qamrovli manbasini ta'minlaydi.
Ikkita avtonom robototexnika ilovasi bir xil emas va har bir noyob sozlash nisbiy va mutlaq joylashuv ma'lumotlarining o'ziga xos aralashmasini talab qiladi. Biroq, ertangi kunning tashqi AMRlari uchun mustahkam RTK tuzatish tarmog'iga ega GNSS sensorlar to'plamining muhim tarkibiy qismidir.