Техническое зрение в управлении мобильными роботами

Автоматическое управление движением мобильного робота SRX основывается на использование систем компьютерного зрения. Особенности применения робота требуют высокоточного проезда по местности, которая не всегда может быть открыта для приема сигналов спутниковых навигационных систем. Поэтому, использование дифференциальных СНС, широко распространённых в системах параллельного вождения точного земледелия - невозможно. Лидары, применяемые в автомобилях без водителя, достаточно дороги. Многолучевые лазерные сканеры требуют большой электрической мощности, для своего питания и для питания высокопроизводительных вычислителей обрабатывающих потоки данных от них.

В тоже время, системы компьютерного зрения широко используются в промышленной робототехники. Инженерным сообществом наработан большой опыт создания надежных систем технического зрения для работы в условиях искусственного освещения. Используя существующие достижения, компания «СМП Роботикс» разработала ряд решений пригодных для использования на улице, в условиях нестабильного естественного освещения.

Применение систем компьютерного зрения позволило получить приемлемую стоимость системы управления движением, несмотря на использование шести встроенных компьютеров. По мере увеличения вычислительной мощности микропроцессоров количество встроенных вычислителей будет уменьшаться, стоимость системы управления заметно снизится, а максимальная скорость движения мобильного робота значительно возрастет.

Обнаружение и объезд препятствий

Для решения задач обнаружения и объезда препятствий используется пара камер образующих стереосистему. Сопоставляя идентичные элементы изображений от каждой из камер, алгоритм системы технического зрения синтезирует трехмерное изображение пространства перед камерами. Это позволяет построить карту глубины и рассчитать дальность до препятствий, попавших в поле зрение камер. Дальность, на которой от стереопары можно получить достоверные данные определяется стереобазой и, применительно к роботу SRX1, составляет 4 - 5 метров. Увеличивая стереобазу и разрешение видеокамер системы технического зрения, можно значительно повысить точность и глубину синтезируемой карты диспаратности.

По мере своего продвижения робот выстраивает трехмерную карту окружающего пространства. По ней, собственно, прокладывается путь и планируется движение робота вычислителем автопилота.

Корректировка пути проезда

Основное назначение робота SRX 1 - перемещение по подготовленным территориям, асфальтовым или иным дорожкам с твердым покрытием. Вследствие этого стоит задача – необходимо избегать съезда робота с твердого покрытия дорожки, например на газон, через который проложена дорожка. В ряде случаев, ширина дорожки лишь на 10-20 сантиметров превышает ширину колеи робота, поэтому требования, предъявляемые к точности системы управления движением, достаточно высоки.

Задача высокоточного перемещения по узкой дорожке с покрытием, решается системой технического зрения, источник данных для которой видеокамера, направленная вперед и вниз. Изображение с этой камеры отображает дорогу, находящуюся по курсу движения робота, ее границы и поверхность за пределами асфальта. Используя оригинальный алгоритм сравнения текстур подстилающих поверхностей, вычислитель дорожной камеры корректирует движение робота в тех случаях, когда имеется визуальное отличие в цвете или текстуре предпочтительного пути проезда от остальной поверхности.

Автономная навигация робота по изображению

Для осуществления успешных автоматических проездов требуется решить задачу навигации, определения текущего местоположения робота. Несмотря на наличие в роботе приемника спутниковой навигационной системы, точность определения координат, им обеспечиваемая, не позволяет осуществлять проезд по маршруту с приемлемой точностью. Кроме того, надежность поступления данных от СНС сильно зависит от условия приема, местоположения приемной антенны по отношению к строениям и деревьям.

В описываемом проекте навигация реализуется системой технического зрения по изображению с вперед смотрящей видеокамеры. Алгоритм обработки запоминает изображение при тестовом проезде, выполняемом в режиме ручного управления, а в дальнейшем, при автоматическом движении, сопоставляет сохранённые изображения и увиденные в момент перемещения, находя расхождения - корректирует путь движения, с целью максимального приближения текущей траектории движения к ране пройденной. Реализация этого решения позволяет получать точность определения текущего местоположения с ошибкой отклонением от истинного, менее одного метра.
Подробнее об автономной навигации мобильных роботов на основе компьютерного зрения …

Инерциальная навигация и БИНС в системе управления роботом

В те моменты движения робота, когда ориентиров на изображении навигационной системы, по каким либо причинам не достаточно, робот продолжает движение, обрабатывая данные полученные от встроенного БИНС (Блока Инерциальной Навигационной Системы). В нем используются относительно дешевые микромеханические (MEMS), гироскопы и инклинометры. Дрейф микромеханических приборов используемых в этом узле фильтруется, и это позволяет достаточно точно восстановить траекторию движения робота на участке пути в несколько десятков метров, до момента поступления достоверных данных от визуальной навигационной системы технического зрения.

Реализация алгоритмов машинного зрения

Бортовой вычислитель мобильного робота

Алгоритмы обработки видеоданных, систем технического зрения и управления движением, реализованы в программном обеспечении бортовых вычислителей. В роботе модели SRX 1 используется шесть вычислителей на базе процессоров архитектуры Cortex A9. Бортовые вычислители связаны между собой высокоскоростной локальной сетью. Все они работают под управлением операционной системы Linux. Управление взаимодействием встроенных компьютеров и формирование команд контроллерам приводов, осуществляется мультикомпьютерным программным движком RedCore.
Подробнее о программном обеспечение системы управления движением мобильных роботов ….

Программное обеспечение системы управления движением мобильного робота

Программный движок RedCore разработан для управления движением мобильных роботов серии SRX. Встроенное ПО обрабатывает данные от систем компьютерного зрения, блока инерциальных датчиков, СНС, механического одометра и формирует управляющие команды для контроллеров механических приводов робота.

Интерфейс оператора реализован в виде программного приложения для планшетного компьютера под управлением ОС Андроид. Приложение обеспечивает отображение текущего местоположение робота, видео с его камер, состояние систем управления и заряда батарей, позволяет задавать маршрут движения.

Для решения нетиповых задач, связанных с эксплуатацией робота в особых условиях, разработано и поддерживается API, позволяющее программировать сложные маршруты движения и создавать новые программные модули для их безошибочного прохождения. Подробнее...

Мультиагентное программное обеспечение с элементами искусственного интеллекта

Интерфейс «Robot Vision» - главный экран

Главный экран программы «Robot Vision»

Для целей постановки задачи мобильному роботу и контроля хода её выполнения, разработан программный пакет «Robot Vision». ПО представляет собой приложение для планшетного компьютера под управлением ОС Андроид. Наряду с простыми и необходимыми задачами, связанными с выбором маршрута перемещения, отображением текущего положения мобильного робота и состоянием его систем, программное обеспечение позволяет решать задачи группового управления роботами на обширных территориях с целью оптимального решения задач, с неполной исходной информацией, используя эвристические алгоритмы. Фактически, — превращая группу мобильных роботов в сверхорганизм с элементами искусственного интеллекта.

Под каждую практическую инсталляцию, связанную с групповой эксплуатацией роботов, разрабатывается индивидуальный программный пакет, который обеспечивает постановку и распределение задач во многоагентной системе роботов. В зависимости от общей задачи, решаемой роботизированной системой, выбирается наиболее удачная стратегия и в течении всего времени эксплуатации она совершенствуется, как в автоматическом, так и ручном режиме. При этом эффективность применения группировки роботов с течением времени значительно повышается, вследствие накопления наиболее полных и как следствие, легко формализуемых знаниях об условиях успешного решения поставленных задач. Подробнее...

Беспроводная зарядка аккумуляторов колёсного робота

Беспроводная зарядка колёсного робота

Беспроводная зарядка аккумуляторов колесного робота

В качестве источника энергии движения наземных беспилотных транспортных средств, поставляемых компанией, используются аккумуляторы различных систем. Для некоторых энергозатратных применений используется встроенный бензиновый генератор, однако,в подавляющем большинстве случаев зарядка аккумуляторных батарей электромобиля осуществляется от стационарного зарядного устройства. В этих условиях для достижения максимальной автономности устройства наиболее целесообразно использовать беспроводные способы передачи энергии на борт робота.

Разработана система беспроводной зарядки с использованием квазирезонансной передачи электрической энергии c выходной мощностью 0.7 кВт. Две антенны располагаются с зазором в несколько сантиметров друг над другом. Первая — на поверхности дороги или сервисной зоны, вторая — под днищем робота. Система автоматического управления движением робота обеспечивает наезд и совмещение антенн друг над другом, а для увеличения КПД передачи энергии используется механическое сближение антенн.

Система беспроводной зарядки аккумуляторных батарей электромобиля, которым являются все разрабатываемые компанией колесные шасси, спроектирована с учётом требований по электромагнитной совместимости и уровень её излучения не превышает норм ГОСТ Р 51317.6.4-99 на допустимую эмиссию помех.

Электронные силовые преобразователи, установленные на борту робота, обеспечивают выходное напряжение 12/24В для зарядки аккумуляторных батарей и их подогрева. Питание электронных преобразователей стационарной антенны осуществляется от сети 220В.

Особенность применения данного инженерного решения заключается в том, что позволяет подзаряжать аккумуляторные батареи в нескольких местах по пути движения, и тем самым увеличить пробег и избежать их полного истощения. Причём, во всех точках подзарядки оператор не требуется, всё производится автоматически.