Actualment, en algunes ciutats i famílies s'han aplicat robots de manipulació intel·ligent logística, robots d'escombrat, etc., els vehicles aeris no tripulats, els vehicles no tripulats, etc. El desenvolupament de la tecnologia autònoma de posicionament i navegació és inseparable.
Recentment, iResearch, una subsidiària d'iresearch Consulting, va publicar el seu resum de les "TOP10 tecnologies innovadores globals d'IA el 2018", i la tecnologia de navegació autònoma de robot basada en la fusió transfronterera multisensor es trobava entre elles. Què és la tecnologia de navegació i posicionament autònom del robot? Actualment, hi ha diversos mitjans tècnics per realitzar el posicionament i la navegació autònoms dels robots. Quines són les dificultats i els reptes per implementar aquestes tecnologies i aplicacions?
Bàsic: la visió i el radar són els sensors principals
Es pot dir que la tecnologia de posicionament i navegació autònoma s'ha convertit en un dels nuclis i focus dels productes robotitzats. El doctor Du Mingfang, membre expert de la Societat Xinesa d'Automatització i l'Institut de Recerca de la Indústria d'Internet de la Universitat de Tsinghua, va dir a Sci-Tech Daily que la navegació autònoma inclou dues parts: navegació local i navegació global des d'una perspectiva àmplia. La navegació local es refereix a l'adquisició en temps real d'informació ambiental actual mitjançant sensors de visió, radar, ultrasons i altres, extracció de funcions de fusió de dades i processament d'algoritmes intel·ligents per assolir el judici de l'àrea transitable actual i el seguiment multi-objectiu. La navegació global es refereix principalment a l'ús de dades de navegació global proporcionades pel GPS per dur a terme la planificació global del camí i realitzar la navegació del camí dins de l'àmbit del mapa electrònic complet.
"Actualment, la visió i el radar són els dos sensors més importants utilitzats per a la navegació autònoma local". Du Mingfang va explicar que, com a sensor passiu, els avantatges del sensor visual són importants, com ara un ric accés a la informació, una bona ocultació, una mida petita, no comportarà "contaminació ambiental" a causa de la interferència, baix cost en comparació amb el radar. Per tal de realitzar una navegació autònoma, és habitual que diversos sensors cooperin entre ells per identificar una varietat d'informació ambiental, com ara límits de carreteres, característiques del terreny, obstacles, guies, etc. D'aquesta manera, el robot pot determinar l'àrea accessible o l'àrea inabastable en la direcció cap endavant mitjançant la percepció de l'entorn, confirma la seva posició relativa en l'entorn, prediu el moviment d'obstacles dinàmics i proporciona una base per a la planificació del camí local.
Du Mingfang va dir als periodistes que a partir de la situació de desenvolupament actual, la tecnologia de fusió d'informació multisensor s'ha aplicat al sistema de navegació autònom i el seu paper també està relacionat amb el nivell intel·ligent del robot. "El nucli de la tecnologia de navegació és que pot processar i fusionar eficaçment la informació recollida per diversos sensors, millorar la capacitat de 'resistència' del robot a la informació incerta, garantir que s'utilitza informació més fiable i ajudar a jutjar l'entorn més intuïtiu. ." "Ell va dir.
La navegació visual s'ha aplicat amb èxit a la navegació d'aeronaus a baixa altitud, a la navegació amb vehicles aeris no tripulats i a la navegació per aterratge del rover de Mart. Tanmateix, Du Mingfang també va dir que la informació proporcionada pels sensors visuals no és directa, la demanda d'informàtica i emmagatzematge és gran i la càrrega de la transmissió de la xarxa és gran. La fusió d'informació multisensor pot eliminar la incertesa en el posicionament i la navegació del robot i millorar la precisió, però una fusió excessiva també augmentarà el doble de la quantitat de càlcul.
Com es poden resoldre aquests problemes? Du Mingfang creu que triar l'algoritme de fusió adequat és la clau. Actualment, "cada vegada hi ha més teories bàsiques com la teoria de la computació intel·ligent i la teoria de la probabilitat aplicades al camp de la fusió multisensor de robots". "Ell va dir.
Mètode: una varietat de combinacions de tecnologia per aconseguir avantatges complementaris
Quines són les maneres de realitzar el posicionament i la navegació autònoms del robot? De fet, la conducció autònoma dels cotxes i la tecnologia de posicionament i navegació autònoma parcial que utilitzen els robots són coherents. Chen Jinpei, director general de Chihiro Position, va dir als periodistes que la companyia utilitza una combinació de posicionament lidar i tecnologia de navegació i sensor per aconseguir una precisió de posicionament d'aproximadament un metre i completar el posicionament inicial en tres segons.
L'anomenada navegació lidar consisteix a instal·lar un reflector làser amb una posició precisa al voltant del recorregut de conducció. El robot envia un raig làser a través de l'escàner làser i recull el raig làser reflectit pel reflector per determinar la seva posició i rumb actuals, i realitza la guia mitjançant una operació geomètrica triangular contínua. A més de les funcions d'abast i posicionament, lidar també té les funcions d'identificació i evitació d'obstacles.
Du Mingfang va dir que el lidar és un sensor actiu, i les dades de percepció que proporciona són molt més senzilles i directes que la informació visual, amb menys càlcul durant el processament. Però el desavantatge és l'alt cost, la mala ocultació, la "contaminació" del medi ambient, la informació no és prou rica.
S'entén que la navegació autònoma del robot i del vehicle no tripulat de Suning adopta un altre "lidar multilínia més GPS més navegació inercial i un altre mode de posicionament de fusió multisensor". Concretament, en primer lloc, lidar s'utilitza per a la cartografia de l'entorn per obtenir un mapa de núvols de punts previ, i la posició global de la màquina es determina inicialment mitjançant GPS i navegació inercial. A continuació, les dades d'escaneig lidar es combinen amb el mapa de núvols de punts anterior per obtenir una posició global més precisa i aconseguir un posicionament precís i una navegació autònoma. A nivell de percepció, lidar integra la visió per identificar els vianants, els vehicles i els obstacles que els envolten en temps real, proporcionant una base per planificar el camí de desviació òptim.
A més, hi ha navegació inercial, que fa referència a la instal·lació del giroscopi al robot o al vehicle no tripulat, la instal·lació del bloc de posicionament a terra a la zona de conducció, mitjançant el càlcul del senyal de desviació del giroscopi (taxa angular) i la recollida de senyal de bloc de posicionament a terra per determinar la seva pròpia posició i rumb, per tal d'aconseguir orientació. El responsable de Suning va dir en una entrevista a Science and Technology Daily que la tecnologia de navegació inercial té un posicionament precís, una petita càrrega de treball de processament de terra i una gran flexibilitat de camí. Tanmateix, el cost de fabricació és elevat i la precisió i la fiabilitat de l'orientació estan estretament relacionades amb la precisió de fabricació del giroscopi i el seu posterior processament del senyal. En resum, un sol mitjà tècnic no pot resoldre tots els problemes.
Reptes: problemes de consum d'energia, costos i industrialització per resoldre
En l'actualitat, l'aplicació del robot de posicionament i navegació autònom es divideix principalment en dues categories, una és l'ús familiar del robot d'escombrat i la cura familiar, el robot acompanyant. Chen Shikai, director general de Silan Technology, va dir que aquests escenaris d'aplicació es poden resumir com a "configuració zero", pel que fa a l'ús del consumidor, hauria de ser el més senzill possible i es pot utilitzar quan es torni a comprar. L'altre és en l'escenari comercial, que requereix un procés de preconfiguració amb alta fiabilitat i escalabilitat.
Chen Shikai va dir que el sistema personal de navegació i posicionament de l'escena domèstica hauria de resoldre els reptes del consum d'energia, el volum i el cost. En l'actualitat, tant l'algorisme de localització en temps real i la construcció de mapes (SLAM) com el sistema de planificació de rutes tenen una gran complexitat. "Per a un robot que escombra el terra, la bateria en si només pot tenir una capacitat de més de 20 watts-hora. Si hi poseu un ordinador portàtil per executar l'algoritme SLAM, es pot quedar sense energia en menys d'una hora, cosa que és completament inacceptable".
A més, quan el nou robot s'encén per primera vegada, no coneix l'estructura de l'entorn domèstic i ha de traçar un mapa per endavant. "Això és una contradicció", va dir Chen. S'espera que els robots funcionin immediatament quan es troben a l'entorn, però els algorismes principals també han de tenir un entorn preconstruït o explorat i, en aquesta àrea, "hi ha feina per fer la indústria". Per exemple, es pot planificar un camí inicial i el camí es pot perfeccionar i millorar gradualment a mesura que s'utilitza i s'explora el robot, va dir Chen.
En escenaris comercials o professionals, la dificultat dels sistemes de navegació autònoms és que l'àrea del mapa en escenaris comercials és gran, fins i tot més de desenes de milers de metres quadrats. "Actualment, els sistemes SLAM són intensius en memòria i en informàtica. Com fer-ho funcionar en una escena tan gran és un gran repte per als sistemes de navegació i posicionament". La solució, va dir el Sr. Chen, és tenir un maquinari potent, juntament amb una millor optimització del programari i algorismes. "En l'actualitat, un sistema de navegació i posicionament qualificat no només hauria de tenir lidar, sinó també sensors visuals i ones ultrasòniques, i la fusió corresponent s'hauria de dur a terme en l'algorisme de navegació i posicionament. Aquesta integració pot no ser difícil acadèmicament o algorítmicament, però tenint en compte Els problemes de la industrialització, per exemple, molts sensors d'ultrasons són productes no estàndard i els sensors de visió de profunditat tenen diferents especificacions i diferents ubicacions d'instal·lació, hi ha reptes a l'hora de proporcionar una interfície estandarditzada unificada per als clients".
