Op dit moment worden in sommige steden en gezinnen logistieke intelligente afhandelingsrobots, veegrobots enzovoort toegepast, onbemande luchtvaartuigen, onbemande voertuigen enzovoort worden ook snel gepromoot, de reden waarom deze robots snel de toepassingsfase kunnen betreden, en de ontwikkeling van autonome plaatsbepalings- en navigatietechnologie is onlosmakelijk met elkaar verbonden.
Onlangs heeft iResearch, een dochteronderneming van iresearch Consulting, hun samenvatting vrijgegeven van de "TOP10 wereldwijde AI-doorbraaktechnologieën in 2018", en de robot-autonome navigatietechnologie op basis van multi-sensor grensoverschrijdende fusie was daar een van. Wat is robot-autonome positionerings- en navigatietechnologie? Op dit moment zijn er verschillende technische middelen om de autonome positionering en navigatie van robots te realiseren. Wat zijn de moeilijkheden en uitdagingen bij het implementeren van deze technologieën en toepassingen?
Basic: Vision en radar zijn de primaire sensoren
Er kan worden gezegd dat autonome positionerings- en navigatietechnologie een van de kern en focus van robotproducten is geworden. Dr. Du Mingfang, een deskundig lid van de Chinese Society of Automation en het Internet Industry Research Institute van Tsinghua University, vertelde Sci-Tech Daily dat autonome navigatie uit twee delen bestaat: lokale navigatie en wereldwijde navigatie vanuit een groot perspectief. Lokale navigatie verwijst naar real-time verwerving van actuele omgevingsinformatie door middel van visie, radar, ultrasone en andere sensoren, extractie van gegevensfusiefuncties en intelligente algoritmeverwerking om het huidige begaanbare gebied en het volgen van meerdere doelen te beoordelen. Wereldwijde navigatie verwijst voornamelijk naar het gebruik van wereldwijde navigatiegegevens die door GPS worden geleverd om wereldwijde padplanning uit te voeren en padnavigatie te realiseren binnen het bereik van een volledige elektronische kaart.
"Momenteel zijn visie en radar de twee belangrijkste sensoren die worden gebruikt voor lokale autonome navigatie." Du Mingfang legde uit dat de voordelen van een visuele sensor als passieve sensor aanzienlijk zijn, zoals rijke toegang tot informatie, goede verhulling, klein formaat, geen "milieuvervuiling" als gevolg van interferentie, lage kosten in vergelijking met radar. Om autonome navigatie te realiseren, is het gebruikelijk dat verschillende sensoren met elkaar samenwerken om allerlei omgevingsinformatie te identificeren, zoals weggrenzen, terreinkenmerken, obstakels, gidsen, enz. Op deze manier kan de robot bepalen het bereikbare gebied of het onbereikbare gebied in voorwaartse richting door omgevingsperceptie, bevestig de relatieve positie ervan in de omgeving, voorspel de beweging van dynamische obstakels en bied een basis voor lokale padplanning.
Du Mingfang vertelde verslaggevers dat vanuit de huidige ontwikkelingssituatie multi-sensor informatiefusietechnologie is toegepast op het autonome navigatiesysteem, en zijn rol is ook gerelateerd aan het intelligente niveau van de robot. "De kern van de navigatietechnologie is dat het de door meerdere sensoren verzamelde informatie effectief kan verwerken en samenvoegen, het 'weerstand'-vermogen van de robot tegen onzekere informatie kan verbeteren, ervoor kan zorgen dat betrouwbaardere informatie wordt gebruikt en kan helpen om de omgeving intuïtiever te beoordelen. ." "Hij zei.
Visuele navigatie is met succes toegepast op de navigatie van vliegtuigen op lage hoogte, de navigatie van onbemande luchtvaartuigen en landingsnavigatie met Marsrovers. Du Mingfang zei echter ook dat de informatie die door visuele sensoren wordt verstrekt niet direct is, dat de vraag naar computers en opslag groot is en dat de belasting van netwerktransmissie groot is. Multi-sensor informatiefusie kan de onzekerheid in de positionering en navigatie van de robot wegnemen en de nauwkeurigheid verbeteren, maar overmatige fusie zal ook zorgen voor een dubbele toename van de hoeveelheid berekeningen.
Hoe kunnen deze problemen worden opgelost? Du Mingfang gelooft dat het kiezen van het juiste fusie-algoritme de sleutel is. Op dit moment "zijn er steeds meer basistheorieën, zoals intelligent computing-theorie en waarschijnlijkheidstheorie, die worden toegepast op het gebied van robot-multi-sensorfusie." "Hij zei.
Methode: een verscheidenheid aan technologiecombinaties om aanvullende voordelen te behalen
Wat zijn de manieren om robotautonome positionering en navigatie te realiseren? In feite zijn het autonoom rijden van auto's en de gedeeltelijk autonome positionerings- en navigatietechnologie van robots consistent. Chen Jinpei, CEO van Chihiro Position, vertelde verslaggevers dat het bedrijf een combinatie van lidar-positionering en navigatie- en sensortechnologie gebruikt om een positioneringsnauwkeurigheid van ongeveer een meter te bereiken en de initiële positionering in drie seconden te voltooien.
De zogenaamde lidar-navigatie is het installeren van een laserreflector met nauwkeurige positie rond het rijpad. De robot stuurt een laserstraal door de laserscanner en verzamelt de laserstraal die door de reflector wordt gereflecteerd om zijn huidige positie en koers te bepalen, en realiseert geleiding door continue driehoekige geometrische werking. Naast bereik- en positioneringsfuncties heeft lidar ook de functies van identificatie en het vermijden van obstakels.
Du Mingfang zei dat lidar een actieve sensor is en dat de waarnemingsgegevens die het levert veel eenvoudiger en directer zijn dan visuele informatie, met minder berekening bij de verwerking. Maar het nadeel is hoge kosten, slechte verhulling, "vervuiling" voor het milieu, informatie is niet rijk genoeg.
Het is duidelijk dat de autonome navigatie van de robot en het onbemande voertuig van Suning een andere "multi-line lidar plus GPS plus traagheidsnavigatie en andere multi-sensor fusion positioneringsmodus" gebruikt. In het bijzonder wordt lidar ten eerste gebruikt voor het in kaart brengen van de omgeving om een eerdere puntenwolkkaart te verkrijgen, en de globale positie van de machine wordt in eerste instantie bepaald door middel van GPS en traagheidsnavigatie. Vervolgens worden lidar-scangegevens vergeleken met de eerdere puntenwolkkaart om een nauwkeurigere globale positie te verkrijgen en nauwkeurige positionering en autonome navigatie te bereiken. Op waarnemingsniveau integreert lidar visie om voetgangers, voertuigen en obstakels om hen heen in realtime te identificeren, wat een basis vormt voor het plannen van het optimale omleidingspad.
Daarnaast is er traagheidsnavigatie, die verwijst naar de installatie van een gyroscoop op de robot of het onbemande voertuig, de installatie van een positioneringsblok op de grond in het rijgebied, door de berekening van het gyroscoopafwijkingssignaal (hoeksnelheid) en het verzamelen van grondpositioneringsbloksignaal om hun eigen positie en richting te bepalen, om zo begeleiding te krijgen. De verantwoordelijke van Suning zei in een interview met Science and Technology Daily dat traagheidsnavigatietechnologie nauwkeurige positionering, een kleine werklast van grondverwerking en een sterke padflexibiliteit biedt. De fabricagekosten zijn echter hoog en de precisie en betrouwbaarheid van de geleiding hangen nauw samen met de fabricagenauwkeurigheid van de gyroscoop en de daaropvolgende signaalverwerking. Kortom, één technisch middel kan niet alle problemen oplossen.
Uitdagingen: Problemen met energieverbruik, kosten en industrialisatie moeten worden opgelost
Op dit moment is de toepassing van een autonome positionerings- en navigatierobot hoofdzakelijk verdeeld in twee categorieën, de ene is het gezinsgebruik van de veegrobot en de gezinszorg, de begeleidende robot. Chen Shikai, CEO van Silan Technology, zei dat dergelijke toepassingsscenario's kunnen worden samengevat als "nulconfiguratie", in termen van consumentengebruik, het moet zo eenvoudig mogelijk zijn en kan worden gebruikt wanneer het wordt teruggekocht. De andere is in het commerciële scenario, waarvoor een preconfiguratieproces met hoge betrouwbaarheid en schaalbaarheid vereist is.
Chen Shikai zei dat het persoonlijke navigatie- en positioneringssysteem voor thuisscènes de uitdagingen van stroomverbruik, volume en kosten zou moeten oplossen. Op dit moment hebben zowel het real-time lokalisatie- en kaartconstructiealgoritme (SLAM) als het padplanningssysteem een hoge complexiteit. "Voor een robot die de vloer aanveegt, heeft de batterij zelf misschien maar een capaciteit van meer dan 20 wattuur. Als je er een laptop op zet om het SLAM-algoritme uit te voeren, kan hij binnen een uur leeg zijn, wat is volkomen onaanvaardbaar."
Bovendien, wanneer de nieuwe robot voor het eerst wordt ingeschakeld, kent hij de structuur van de thuisomgeving niet en moet hij deze van tevoren in kaart brengen. "Dit is een tegenstrijdigheid," zei Chen. Van robots wordt verwacht dat ze onmiddellijk werken wanneer ze zich in de omgeving bevinden, maar reguliere algoritmen hebben ook een vooraf gebouwde of verkende omgeving nodig, en op dit gebied "is er wat werk voor de industrie". Er kan bijvoorbeeld een eerste pad worden gepland en het pad kan geleidelijk worden verfijnd en verbeterd naarmate de robot wordt gebruikt en verkend, zei Chen.
In commerciële of professionele scenario's is de moeilijkheid van autonome navigatiesystemen dat het kaartgebied in commerciële scenario's groot is, zelfs meer dan tienduizenden vierkante meters. "Momenteel zijn SLAM-systemen geheugen- en computerintensief. Hoe het in zo'n grote scène te laten werken, is een grote uitdaging voor navigatie- en positioneringssystemen." De oplossing, zei de heer Chen, is om krachtige hardware te hebben, samen met een betere optimalisatie van software en algoritmen. "Momenteel zou een gekwalificeerd navigatie- en positioneringssysteem niet alleen lidar moeten hebben, maar ook visuele sensoren en ultrasone golven, en de bijbehorende fusie zou moeten worden uitgevoerd in het navigatie- en positioneringsalgoritme. Deze integratie is misschien niet moeilijk academisch of algoritmisch, maar gezien de problemen van de industrialisatie, veel ultrasone sensoren zijn bijvoorbeeld niet-standaardproducten en dieptezichtsensoren hebben verschillende specificaties en verschillende installatielocaties, er zijn uitdagingen bij het bieden van een uniforme gestandaardiseerde interface die klanten kunnen gebruiken.
