淺談服務(wù)機器人幕后的自主導(dǎo)航技術(shù)之“腦”
出處:作者:John Williamson 發(fā)布于:2011-06-24 11:21:33
機器人(Robot)是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮,又可以運行預(yù)先編排的程序,也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作,例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè),或是危險的工作。盡管大多數(shù)系統(tǒng)都可以避免碰撞,BlueBotics SA公司還是開發(fā)出來一種更好的方法,即自主導(dǎo)航技術(shù)(ANT?),該公司源于瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院洛桑分校。
這臺服務(wù)機器人是一種早期應(yīng)用技術(shù)的改進版本,原技術(shù)曾以11型RoboX全自主"旅行向?qū)?機器人的形式在2002年瑞士國際博覽會展出,參展期間多臺機器人共累計航行達13,000小時,導(dǎo)向工作里程大約為1,800英里。
其成果在于當機器人向計劃
中的目標移動時,它會自動導(dǎo)航并繞過障礙物。機器人在工作環(huán)境中更愿意采用那些自然屬性的或者地形"特征",而不是反射體,以選取路徑,完成指定任務(wù),這使得小車能夠在某些區(qū)域內(nèi)自由移動到達既定目標,以代替對預(yù)定路線的簡單跟蹤。
機器人是整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途?,F(xiàn)在,國際上對機器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般來說,人們都可以接受這種說法,即機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來搬運材料、零件、工具的操作機;或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統(tǒng)?!?/P>
在注塑成型的保險杠中安裝壓電系統(tǒng)以及機械式開關(guān)是工業(yè)機器人領(lǐng)域的通行做法,對于BlueBotics公司的AGV而言,其導(dǎo)向系統(tǒng)的創(chuàng)新點和技術(shù)在于一種集成的輪廓檢測和安全掃描系統(tǒng),依據(jù)小車類型和外形以及工作環(huán)境的不同,AGV分別采用單一的180度、雙180度,或者單一的270度掃描儀來探測環(huán)境特征或地標,系統(tǒng)有能力利用遠至500英尺以外的參考標記來實現(xiàn)小車定位。由于玻璃墻對激光導(dǎo)航有破壞作用,因而在這類工作區(qū)域中,需采用超聲波傳感器進行運行控制。
除環(huán)境掃描裝置之外,AGV導(dǎo)航平臺由Compact PCI機箱、電池、保險杠、以及由電機構(gòu)成的驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)等構(gòu)成。
BlueBotics公司開發(fā)的導(dǎo)航系統(tǒng)由多個部分組成,工作環(huán)境"地形圖"采用一種類似于圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),其中的節(jié)點表示AGV執(zhí)行的任務(wù)中所必須到達的各個位置。"地形圖"含有環(huán)境的特征信息,可供機器人用于計算自己的當前位置,以及需要到達的目標點。
作為一種選擇,BlueBotics公司還提供了一種導(dǎo)航功能,可根據(jù)機器人周邊的虛擬坐標網(wǎng)格提取傳感器讀數(shù)。該功能基于"橡皮筋"概念,本質(zhì)上是以實時形變獲取短小而平順的路徑,以保持和障礙物的間隔,從而允許AGV避開動態(tài)障礙。萬一障礙物變得足以破壞AGV路徑沿線的允許間隔,可調(diào)用該導(dǎo)航功能重新規(guī)劃路徑。
AGV在確定環(huán)境中發(fā)揮作用的能力源自其基于全局特征的多假設(shè)定位系統(tǒng),這使得機器人能夠獲得很高的定位以及額外的好處,在機器人丟失定位軌跡的情況下,它能夠產(chǎn)生關(guān)于自身當前位置的假設(shè)并自行完成再定位。
內(nèi)建于AGV的安全系統(tǒng)可以保護人員、物體和機器人本身的安全,所有與機器人運行動作有關(guān)的部件都依據(jù)安全約束條件進行設(shè)計,包括了三個層面的安全考慮:操作系統(tǒng)、軟件實現(xiàn)和硬件冗余。
根據(jù)客戶的不同需求,可以通過無線通訊系統(tǒng)在AGV與處理ERP(企業(yè)資源計劃)系統(tǒng)請求的運輸經(jīng)理之間實現(xiàn)通訊,或者讓AGV直接與ERP系統(tǒng)相連。
獲得ANT授權(quán)的系統(tǒng)可以實現(xiàn)設(shè)備兼容,而且事實上可以不受尺寸、容量和應(yīng)用領(lǐng)域的限制。除用于運輸之外,ANT還可以用于清掃、檢查、研究、護理和監(jiān)視系統(tǒng)。一套被稱作"小矮人"的專用機器人單元擁有六個以電機驅(qū)動的輪子,可以勝任空間探索、營救和交戰(zhàn),目前正用于NASA,以及美國和加拿大的多個公司和大學(xué)。
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