Navigating Mobile Robots: Sensors and Techniques [Romanian]

Original in English by Johann Borenstein

Navigarea roboţilor mobili: senzori şi tehnici

my_book

de

J. Borenstein, HR Everett, şi L. Feng

Distribuitor: AK Peters, Ltd., Wellesley, MA
Ph: +1-617-235-2210
Fax: +1-617-235-2404.
E-mail: akpeters@tiac.net

Această carte studiază starea actuală în dezvoltarea technologiilor de senzori, sisteme, metode şi tehnologii utilizate de către un robot mobil pentru a stabili poziţia sa în mediul înconjurător. Majoritatea ”soluţiilor” potenţiale sunt clasificate în aproximativ două grupe: măsurători de poziţie relative şi absolute. Primii includ navigare de odometrie şi inerţială, al doilea grup cuprinde semen de navigare active, punct de reper de recunoaştere artificiale şi naturale, şi de potrivire a modelului. Autorii compară şi analizează aceste metode diferite, bazate pe publicaţii tehnice şi despre produse comerciale şi informaţii despre patente. Comparaţia este centrat în jurul următoarelor criterii: precizie a poziţiei şi a măsurătorilor de orientare, echipamentul necesar, costul, rata de eşantionare, diapazon eficient, puterea de calcul necesară, prelucrare necesară a cererilor şi alte caracteristici speciale. Cartea va fi interesantă nu numai celor interesați de robotică sau profesionali.

Cartea este disponibilă cu 39.95 de dolari SUA (preţ trebuie să fie schimbat fără notificare prealabilă), de la editorul A. K. Peters, Ltd., Wellesley, MA

NOTĂ: Această carte din anul 1999 nu a fost imprimată şi nu mai este disponibilă. Cu toate acestea, o puteţi descărca cartea în toate elementele sale sub titlul Raportul "Unde sunt eu" ("Where am I" Report). Acest raport este identic cu cartea

(1) Dr. Johann Borenstein
Universitatea din Michigan
2260 Hayward Street
Ann Arbor, MI 48109
Ph: (763) 763-1560
Fax: (206) 203-1445
E-mail: johannb@umich.edu
(2) Comandantul HR Everett
Comandamentul Naval, control, supraveghere şi Ocean Center
RDT & E Divizia 5303
271 Catalina Boulevard
San Diego CA 92152-5001
Ph: (619) 553-3672
Fax: (619) 553-6188
E-mail: Everett@NOSC.MIL
(3) Dr. Feng Liqiang

Mulţumiri

Aceasta cercetare a fost sponsorizată de către Biroul de dezvoltare tehnologică, Departamentul Energiei al SUA, contractul DE-FG02-86NE37969 împreună cu Universitatea din Michigan.

Autorii aș vrea să mulţumească Departamentul de Energie (DOE), şi mai ales pe dr. Linton W. Yarbrough, manager-ul programului DOE, dr. William R. Hamel, D & D, coordonator tehnic şi pe dr. Clyde Ward, coordonatorul operaţiunilor tehnice, pentru lor sprijin tehnic şi financiar al cercetării, care constituie baza acestei investigații.

Unele părţi ale textului au fost adaptate din lucrarea Senzori pentru roboţi mobili: teorie şi aplicarea (Sensors for Mobile Robots: Theory and Application), de către H.R. Everett, AK Peters, Ltd., Wellesley, MA, Publishers.

Autorii doresc să mulţumească de asemenea pe profesorii David K. Wehe şi Yoram Koren de la Universitatea din Michigan pentru sprijinul lor, şi pe domnul Alter Harry (DOE), care a împrietenit pe mulţi dintre studenți absolvenţi şi a creat cîțiva roboţi ai noștri. Multumesc, de asemenea, ca urmare a Ashley Todd Everett pentru a face de cele mai multe desene-line de arta.

Introducere

a. Odometrie. Această metodă foloseşte codificatoare pentru a masura rotaţia roatei şi / sau orientare de direcţie. Odometrie are avantajul că este total de sine-stătătoare, și este întotdeauna capabilă de a oferi vehiculului cu o estimare a poziţiei sale. Dezavantajul odometriei este faptul că eroarea de poziţie creşte fără stopare cu excepţia cazului în care o referinţă independentă este folosită periodic pentru a reduce eroarea [Cox, 1991].

b. Navigaţie inerţială. Această metodă foloseşte giroscoape şi, uneori, accelerometer pentru a măsura rata de rotaţie şi de accelerare. Măsurările sunt integrate o dată (sau de două ori), pentru a obţine poziţia. Sisteme inerţiale de navigaţie, de asemenea, au avantajul că sunt de sinestătătoare. Dezavantajul este că datele inerţiale se încurcă cu timpul, din cauza necesităţii de a integra date pentru a obţine rata de poziţie; orice erori mici constant se măresc fără legare după integrare. Senzorii inerţiali sunt astfel nepotriviți pentru o poziţionare corectă pe o perioada extinsa de timp. O altă problemă cu navigaţie inerţială este costul echipamentului. De exemplu, giroscoape extrem de precise, utilizate în avioane, sunt foarte scumpe. Nu demult, giroscoape de fibre optice (de asemenea, numite giroscoape de laser), care se socoteau foarte precise, au scăzut dramatic în preţ şi au devenit o soluţie foarte atractivă pentru navigare robotului mobil.

Măsurările de poziţie absolută

c. Semnale active. Această metodă calculează poziţia absolută a robotului din măsurare direcţiei de incidenţă a trei sau mai multe semnale active transmise. Emiţătoare, folosind, de obicei, frecvenţe de lumină sau de radio, trebuie să fie localizate pe locuri cunoscute din mediul înconjurător.

d. Recunoaşterea artificială a reperelor. În această metodă repere distinctive artificiale sunt plasate în locaţii cunoscute în mediul înconjurător. Avantajul reperelor artificiali este că acestea pot fi proiectate pentru detectare optimă chiar şi în condiţii nefavorabile de mediu. Ca și semnali activi, trei sau mai multe puncte de reper trebuie să fie ”văzute”, pentru a permite o estimare a poziţiei. Poziţionarea punctului de reper are avantajul că erorile de poziţie sunt delimitate, dar detectarea de repere externe şi în timp real de fixare a poziţiei nu poate fi întotdeauna posibilă. Spre deosebire de semnale, de obicei în formă puncte, repere artificiale pot fi definite ca un set de caracteristici, de exemplu, o formă sau o zonă. Informaţii suplimentare, de exemplu despre distanţă, pot fi deduse din măsurarea proprietăţilor geometrice de reper, dar această abordare este gra pentru calcul, şi nu sunt foarte precise.

e. Recunoaşterea reperelor natural. Aici reperele sunt caracteristici distinctive ale mediului. Nu este nevoie de pregătit mediul, dar mediul înconjurător trebuie să fie cunoscut în prealabil. Fiabilitatea aceastei metode nu este la fel de mare ca și în cazul cu repere artificiale.

f. Potrivirea modelului. În această metodă informaţii obţinute de la senzorii robotului de la bord sunt comparate cu un model din harta a lumii sau a mediului. Cazul în care caracteristicile de hartă bazată pe senzori şi modelul lumii se potrivesc, atunci poate fi estimată locaţia absolută a vehiculului. Harta, pe bază poziţionării adesea include îmbunătăţirea hărţilor globale bazate pe noi observaţii senzoriale într-un mediu dinamic şi integrarea hărţii locale în harta mondială pentru a acoperi zone anterioare neexplorate. Hărţile utilizate în navigaţie includ două tipuri majore: hărți geometrice şi hărţi topologice. Hărţi geometrice reprezintă lumea într-un sistem de coordonate global, în timp ce hărţi topologice reprezintă lumea ca o reţea de noduri şi arce.

Această carte prezintă şi discută starea actuală în fiecare din cele şase categorii de mai sus. Materialul este organizat în două părţi: partea I are de lucru cu senzorii de poziţionare utilizate în robot mobil, iar partea a II discută metodele şi tehnicile care utilizează acești senzori.

Navigarea robotului mobil este un domeniu foarte divers, şi o comparaţie utilă de abordări diferite, este dificilă din cauza lipsei de standarde de testare şi procedurile comune acceptate.  Platforme de cercetare utilizate diferă foarte mult şi de astfel ipotezele-cheie utilizate în abordări diferă de asemenea. Altă dificultate provine din faptul că sistemele diferite sunt în diferite stadii de dezvoltare. De exemplu, un sistem ar putea fi disponibil pe piaţă, în timp ce un alt sistem, poate fi cu o performanţă mai bună, dar a fost testat numai în conformitate cu un set limitat de condiţii de laborator. Din aceste motive noi, în general, ne abţinem de la compararea sau chiar de la judecarea a performanţei a diferitor sisteme sau tehnici. Mai mult, nu am testat majoritatea sistemelor şi tehnicilor, astfel încât rezultatele şi specificaţiile prezentate în această carte sunt doar citate din lucrările de cercetare respective sau produse de liste de specificaţii.

Datorită problemelor numite mai sus am definit scopul acestei cărți care este un sondaj a domeniului crescător de poziţionare a robotului mobil. A fost nevoie de mai bine de 1,5 ani de om pentru a colecta şi a compila material pentru această carte, sperăm că acest lucru va ajuta cititorului să obţină o mai bună înţelegere, în mult mai puţin timp. 

ok ok