Введение

Дисциплина, связанная с компьютерным зрением и картографией

Робототехническое картографирование – это дисциплина, связанная с компьютерным зрением и картографией. Цель автономного робота – возможность создавать (или использовать) карту (для использования на открытом воздухе) или план этажа (для использования в помещении) и определять свое местоположение, а также местоположение своих зарядных станций или маяков на этой карте/плане. Робототехническое картографирование – это область, занимающаяся изучением и применением способности робота определять свое местоположение на карте/плане и, в некоторых случаях, создавать эту карту или план этажа самостоятельно. Эволюционно сформированные инстинктивные действия могут быть достаточны для выживания некоторых животных. Например, для некоторых насекомых окружающая среда не воспринимается как карта, и они выживают, полагаясь только на рефлекторные реакции. Несколько более сложная стратегия навигации значительно расширяет возможности робота. Когнитивные карты обеспечивают планирование, использование текущих ощущений, запомненных событий и прогнозируемых последствий.

Операция

У робота есть два источника информации: идиотетические и аллотетические источники. Когда робот находится в движении, он может использовать методы одометрии, такие как отслеживание количества оборотов его колес; это соответствует идиотетическому источнику и может дать абсолютную позицию робота, но подвержено накоплению ошибки, которая может быстро увеличиваться. Аллотетический источник соответствует сенсорам робота, таким как камера, микрофон, лазер, лидар или сонар. Проблема здесь заключается в "перцептивной неоднозначности". Это означает, что два разных места могут восприниматься как одинаковые. Например, в здании практически невозможно определить местоположение исключительно по визуальной информации, поскольку все коридоры могут выглядеть идентично. Трехмерные модели окружающей среды робота могут быть созданы с использованием дальномерных сенсоров или 3D-сканеров.

Обучение карте

Обучение карте неразрывно связано с процессом локализации, и трудность возникает, когда ошибки локализации включаются в карту. Эта проблема обычно называется одновременной локализацией и построением карты (SLAM). Важной дополнительной задачей является определение того, находится ли робот в уже известной части окружения или в ранее не посещенной области. Один из способов решения этой задачи – использование электрических маяков, ближней бесконтактной связи (NFC), WiFi, связи видимым светом (VLC) и Li-Fi, а также Bluetooth.

Планирование маршрута

Планирование пути — важная задача, поскольку она позволяет роботу перемещаться из точки А в точку Б. Алгоритмы планирования пути оцениваются по их вычислительной сложности. Возможность планирования движения в реальном времени зависит от точности карты (или плана этажа), от точности локализации робота и от количества препятствий. С точки зрения топологии, задача планирования пути связана с задачей поиска кратчайшего пути между двумя узлами в графе.

Навигация роботов

Наружные роботы могут использовать GPS подобно автомобильным навигационным системам. Для внутренних роботов вместо карт могут использоваться альтернативные системы, основанные на плане этажа и маяках, в сочетании с беспроводным оборудованием для локализации. Электрические маяки могут помочь создать недорогие системы навигации для роботов.